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1.引言

肌张力障碍是一种以持续或间歇性肌肉收缩为特征的运动障碍，导致异常姿势、运动或两者兼有。颈部肌张力障碍（CD）是最常见的局灶性孤立性肌张力障碍形式，以头部异常姿势或运动为特征。多年来它一直被视为基底节疾病，但近期关于其他脑区受累的证据导致了肌张力障碍网络模型的提出。小脑在该网络模型中似乎很重要，但其在肌张力障碍中的病理生理学作用仍不清楚。与网络其他主要节点的交互连接使其在大脑感觉运动网络中处于关键位置：齿状核-红核-丘脑束（DRTT）将其连接至丘脑和初级运动皮层（M1），且动物研究显示其与基底节存在单突触和双突触连接。

多条证据表明小脑参与CD的病理生理学。经颅磁刺激（TMS）揭示，小脑通过小脑-丘脑-皮层束对M1的抑制性影响在CD中受损。在一项获得性CD研究中，磁共振图像（MRI）上识别的致病病灶半数位于小脑或小脑脚内，且所有病灶在功能上均与小脑相连。关于小脑灰质微结构改变的MRI研究则不甚清晰，仅有少数研究发现CD中存在显著改变，且这些改变位于小脑内的不同位置。通过弥散加权成像（DWI）评估并以各向异性分数（FA）量化的DRTT结构连接，据报道在CD和遗传性肌张力障碍中降低。

在最近的一项研究中，此研究团队探讨了小脑经颅直流电刺激（ctDCS）对孤立性CD患者感觉运动联合可塑性的影响。感觉运动可塑性由TMS技术——配对联合刺激（PAS）诱发。在此范式中，电刺激正中神经以低频率重复先于对侧M1的TMS脉冲。通常，PAS导致M1兴奋性持久增加。此研究团队及Hamada及其同事先前的研究均显示，阳极和阴极ctDCS均可干扰健康对照（HC）中的PAS效应，表明该方案通过小脑诱导可塑性。相反，阴极ctDCS未能调节CD患者的PAS。这一发现进一步证明小脑在孤立性CD的病理生理学中起作用。然而，ctDCS在HC和CD中产生不同效应的机制仍不清楚。

非侵入性脑刺激（NIBS）范式的特点是较大的个体间和个体内变异性。此问题尤其涉及ctDCS。这种变异性的决定因素可能在将NIBS转化为调节病理运动网络改变或行为的临床应用方面起关键作用。将小脑运动网络的功能和结构特性联系起来的研究可能为健康与疾病状态提供新见解。

在当前研究中，此研究团队首先使用DWI-MRI和个体概率性纤维束成像评估了孤立性CD患者和HC中DRTT的结构连接，随后探讨了结构连接与ctDCS对PAS效应之间的关联。目的在于探究小脑传出纤维的个体微观结构状态是否与HC和CD中ctDCS的影响相关。

2.方法

受试者

18名孤立性CD患者招募自汉堡-埃彭多夫大学医学中心神经内科门诊。所有患者均接受定期肉毒毒素注射治疗，并在末次注射后9至12周接受检查。纳入一组年龄、性别和利手匹配的HC受试者作为对照。所有患者和HC均无其他神经系统疾病，也未服用任何中枢作用药物。排除严重头部震颤的患者。

进入研究前，所有受试者均接受神经系统检查。在CD患者中，使用多伦多西部痉挛性斜颈评定量表（TWSTRS）运动子评分评估运动症状严重程度。临床检查由经验丰富的运动障碍专家（SZ）通过录像进行盲法评分。收集人口学数据，如年龄、性别及患者病程，并使用爱丁堡利手问卷评估利手情况。

脑影像

MRI数据使用3 T Siemens Magnetom Prisma扫描仪（Siemens Healthineers, Forchheim, Germany）及64通道头线圈采集。获取高分辨率T1加权（磁化准备快速采集梯度回波，MPRAGE）和磁敏感加权（SWI）结构像及DWI图像，参数如下。MPRAGE：回波时间（TE）= 2.15 ms，重复时间（TR）= 2500 ms，反转时间（TI）= 1100 ms，翻转角= 8°，体素分辨率= 0.8 × 0.8 × 0.8 mm。SWI：TE = 20 ms，TR = 27 ms，翻转角= 15°，体素分辨率= 0.8 × 0.8 × 1.2 mm。DWI：TE = 76 ms，TR = 6800 ms，体素分辨率= 1.8 × 1.8 × 1.8 mm，梯度b = 0、500、1000和2000 s/mm²，96个非共线梯度方向。

图像处理

图像处理使用FSL（v6.0.4，http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）和MRtrix（v. 3.0.2，https://www.mrtrix.org）软件包进行。原始DWI数据经过降噪（MRtrix命令dwidenoise）、去除Gibbs振铃伪影（mrdegibbs）、校正运动、磁敏感和涡流伪影（dwifslpreproc）以及偏置场校正（dwibiascorrect）。使用FSL的脑提取工具bet进行脑组织提取。

感兴趣区分割

对齿状核（DN）和丘脑进行分割，以获取DRTT概率性纤维束成像所需的感兴趣区（ROI）。一名经验丰富的MRI研究者（KG）手动完成DN分割。DN在SWI图像上通过其类似具有分叶壁的囊袋的特征性形状识别，并使用分割工具ITK-SNAP进行分割。丘脑基于T1加权图像使用FSL的FIRST工具自动分割。最后，两个ROI均使用FSL的FLIRT工具提供的12自由度线性配准配准至受试者的弥散空间。丘脑分割结果和配准拟合均经目视验证。

个体概率性纤维束成像及纤维束相关白质完整性估计

使用多壳多组织约束球面反卷积获取纤维取向分布（FOD）。DRTT的纤维束成像使用MRtrix基于纤维取向分布的二阶积分（iFOD2）概率性纤维追踪算法以默认规格进行。对每位受试者每侧生成50,000条流线，以DN ROI为种子点，丘脑ROI为目标区，并使用排除掩模防止不合理路径。生成的流线转换为纤维束密度图像（TDI）并进行目视检查以确认合理性。

通过在每个体素拟合弥散张量模型计算FA图。DRTT的纤维束相关FA值在小脑上脚（SCP）内估计，范围为一个MNI空间内从x = -13至13、y = -31至-46、z = -13至-38的长方体，类似于Guder及其同事既往的研究。具体而言，TDI纤维束图像在10%强度下进行阈值化、二值化，并与已配准至受试者弥散空间的立方体掩模相乘。从FA图中计算所得SCP ROI的平均FA值，并对每位受试者左右SCP的FA值取平均。

神经生理学检查

13名CD患者和13名HC受试者组成的亚组参与了一项神经生理学实验，旨在探讨ctDCS如何影响感觉运动联合可塑性。这26名受试者是此前报道的较大队列的一部分。实验设置的细节先前已发表，此处仅简要描述。每位受试者参加三次实验，每次间隔一周。在每次实验中，受试者接受三种ctDCS类型之一——阳极、阴极或假刺激——随后进行PAS方案。在PAS后特定时间间隔（最长60分钟）记录右侧拇短展肌的运动诱发电位（MEP），以探究感觉运动可塑性。PAS和tDCS后0、15、30和60分钟记录的绝对MEP波幅表示为相应基线系列平均值的百分比。实验遵循随机、双盲、交叉设计，每位受试者在三次实验中接受所有类型的ctDCS。

数据分析与统计

所有统计使用R v4.3.0（R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, https://www.R-project.org/）进行。使用lmerTest和lmtest软件包分别进行线性混合模型建模和似然比检验。

组间FA值比较使用线性回归模型分析，以FA为因变量，组别（GROUP）为自变量，年龄（AGE）为协变量。以TWSTRS评估的运动症状严重程度与FA之间的关系模型以TWSTRS为因变量，FA和AGE为自变量。神经生理学实验中，仅假刺激和阴极ctDCS干预的数据纳入统计分析，因为此前仅阴极ctDCS效应在HC和CD之间存在差异。ctDCS对PAS的影响使用线性混合模型分析，固定效应为组别（GROUP：CD和HC两个水平）、时间（TIME：PAS后0/15/30/60分钟四个水平）和干预（INTERVENTION：阴极和假刺激ctDCS两个水平），随机效应为受试者（SUBJECT：每位受试者一个水平），以及GROUP与INTERVENTION的交互作用。最后，研究DRTT结构与ctDCS影响之间的关联。为此，构建了一个衍生ctDCS影响变量（ctDCS效应=阴极ctDCS条件下的PAS效应-假刺激条件下的PAS效应）。在回归模型中，将ctDCS效应变量作为因变量，FA、GROUP和AGE作为自变量。随后分别对两组进行了该关联性的独立检验，并采用似然比检验法（将FA作为自变量或不作为自变量）对模型有效性进行验证。

报告预测因子及95%置信区间。为清晰起见，结果部分给出ctDCS和PAS后四个时间水平（TIME）的平均结果。p值小于0.05视为具有统计学显著性。由于此研究的探索性质，未进行多重检验校正。

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3.结果

受试者

此研究纳入18名孤立性CD患者（10名女性，中位年龄59岁[范围44-76]）及18名年龄、性别和利手匹配的HC（11名女性，中位年龄58.5岁[范围42-78]）。其中，每组13名受试者参与了神经生理学检查（CD：6名女性，中位年龄59岁[范围44-73]；HC：7名女性，中位年龄60岁[范围44-78]）。患者的人口学及临床数据见表1。

组间DRTT FA比较

所有受试者均成功重建DRTT。如基于既往研究所预期，目视检查TDI图像显示流线经同侧SCP离开小脑（见在线资源1），在中脑交叉，并腹外侧进入丘脑。CD组中SCP附近DRTT的FA估计值为0.603 [95%置信区间：0.587–0.619]，HC组为0.608 [0.592–0.624]（p = 0.633）。组间FA值无差异（见图1）。此外，TWSTRS评估的运动症状严重程度与DRTT的FA无显著关联（p = 0.74）。

ctDCS对PAS的影响

在评估阴极ctDCS对PAS影响的神经生理学检查中，干预（INTERVENTION）效应显著（p = 0.003），但组别（GROUP）效应不显著（p = 0.993）。干预与组别的交互作用显著（p < 0.001，见图2）。事后检验显示，HC组中PAS效应被阴极ctDCS显著减弱。阴极ctDCS将PAS效应从39.7% [17.7–61.6]降低至15.2% [6.8–37.2]（p < 0.001）。相反，在CD患者中，阴极和假刺激ctDCS后的PAS无显著差异（p = 0.072）。假刺激tDCS条件下PAS导致MEP波幅增加23.6% [1.7–45.6]，阴极ctDCS后增加31.0% [9.0–52.9]。

图1小提琴图及单个数据点，显示健康对照组与颈肌张力障碍患者 DRTT 的结构连接性。

表1颈部肌张力障碍患者人口统计学与临床资料

图2 显示了两组及两种实验条件（假手术组与阴极ctDCS组）中PAS效应相对于干预前基线值的变化情况

DRTT结构与阴极ctDCS效应的关联

阴极ctDCS对PAS效应的线性回归模型显示FA与组别交互作用显著（p = 0.017）。此交互作用的特征为HC组负斜率、CD组正斜率，如图3所示。HC组中FA与阴极ctDCS效应呈负相关（p = 0.039），即DRTT的FA值越高，阴极ctDCS的抑制效应越强。然而，在CD中，FA与阴极ctDCS对PAS的效应无关联（p = 0.486）。HC组线性模型的拟合优度在纳入FA后显著改善（p = 0.016）。

4.讨论

在此研究中，评估了CD患者和HC受试者中DRTT的结构连接（以FA量化）。比较了组间结果，并探讨了DRTT连接与ctDCS对感觉运动联合可塑性影响的关联。有两个主要发现：第一，结构连接在组间无差异。第二，DRTT的个体FA值与HC中阴极ctDCS的影响相关，但在CD患者中不相关。

DRTT结构连接在组间无差异

这是首项使用个体概率性纤维束成像评估孤立性CD患者DRTT微结构状态的研究。对应于SCP水平DRTT部分的FA值未发现组间差异。此外，CD组中FA值与运动症状严重程度无关联。

另有一组研究人员调查了特发性CD患者中DRTT的结构连接。Sondergaard及其同事报告，HC组右侧DRTT的FA值比CD组高6.1%，而左侧DRTT则无差异。两项研究之间存在若干重要差异，限制了直接可比性。最重要的是，在当前研究中，FA值是在DRTT对应于SCP的部分内使用个体概率性纤维束成像考虑的。此方法增加了所得FA值反映目标纤维束的可能性。相比之下，Sondergaard及其同事将从HC组生成的DRTT模板应用于CD患者的FA图，并从整个纤维束掩模中提取FA值。以此方式评估整个DRTT可能捕捉到有意义的组间差异，而此研究方法未能检测到；但由于概率性纤维束成像的普遍方法学局限性，这些差异也可能由目标纤维束以外的邻近结构（如脑脊液）解释。此外，两项研究的患者队列不同。在当前研究中，仅纳入孤立性CD患者。相比之下，Sondergaard及其同事的研究中有三分之一的患者同时存在其他身体部位的肌张力障碍。与此研究结果相似，该既往研究亦未报告DRTT连接与运动症状严重程度之间的关联。

图3两组中分数各向异性与ctDCS效应的相关性

结构连接仅在HC受试者中与ctDCS效应相关

另一个主要发现是，DRTT的FA与HC受试者中阴极ctDCS对PAS的效应相关。较高的DRTT连接与较大的阴极ctDCS效应相关。因此，DRTT的FA可能是HC中ctDCS疗效的适宜生物标志物。

有证据表明ctDCS可调节小脑运动和非运动功能。然而，tDCS普遍以及ctDCS特别的效应存在受试者间和研究间变异性，阻碍了其在研究和临床实践中的应用。因此，能够预测tDCS有效性的生物标志物极为重要。一系列新兴证据表明，NIBS（即tDCS和TMS）的效应可能与所研究队列相关脑网络内的结构和功能连接相关。当前研究代表了将小脑运动网络内的连接与ctDCS有效性联系起来的第一份证据。需进一步研究以验证这些发现，并就ctDCS的其他生理和行为效应探讨此关联。

有趣的是，在CD患者中未能发现DRTT连接与ctDCS效应之间的关联。一种可能的解释是，在孤立性CD中小脑运动网络的结构-功能关联存在病理性脱耦。依此解释，当前发现可能支持以下观点：CD中小脑感觉运动处理受损，且不仅如Hamada及其同事所提示的涉及小脑本身，还涉及小脑传出投射通路参与网络病理学。然而，此结果也可能仅反映CD患者对ctDCS的反应性降低。

局限性

此研究存在若干局限性。首先，样本量较小，这是CD神经生理学和影像学研究中常见的局限性。其次，对PAS和ctDCS潜在细胞机制的理解不足限制了对当前发现的解释。第三，FA反映了水分子沿所施加梯度轴方向弥散受限的程度，在体素内平均。将此现象映射至更高级的概念（即连接）依赖于需考虑的隐含假设。此外，由概率性纤维束成像重建并由FA值代表的纤维远小于MR图像的分辨率，即给定体素的大小。因此，所得值可能既反映目标纤维束的特性，也反映邻近微结构的特性。尽管如此，只要谨记这些局限性，进行纤维束成像并使用FA研究白质连接是常见且合理的做法。最后，不能完全排除肉毒毒素对中枢神经系统的长期效应影响了神经生理学测量结果。

结论

当前结果表明，小脑运动网络内的个体结构连接可作为HC受试者对阴极ctDCS反应性的生物标志物。由于此结构-功能关联在CD患者中受损，DRTT的微结构状态无法预测CD中ctDCS对PAS的效应。此为CD中小脑运动网络病理学的进一步证据。