论著•DOI：10.3969/j.issn.1672-7770.2020.06.017*
赵敬璞，高炭，万力，查甫兵，燕铁斌，王玉龙
【摘要】目的探讨对经颅直流电刺激(tDCS)有反应的微意识状态患者修订版昏迷恢复量表(CRS-R)
出水服务评分与脑功能网络的相关性。方法11例微意识状态患者(脑外伤10例、脑出血1例)分别在tDCS前后进
行静息态功能性磁共振(rs-fMRI)检查和CRS-R评测。先给予患者1周IDCS安慰刺激，每次20min，刺激部
位为左侧前额叶背外侧K(DLPFC)；再给予2周tDCS真刺激，每次20min，刺激部位为DLPFC区。根据CRS-
R评分及患者临床反应，将对tDCS有反应的患者(tDCS・responders)基线水平fMRI各脑功能网络重要节
点的功能连接强度(FC strength)，与首次CRS-R各亚项评分值做Pearson相关分析。结果本组患者中5例
患者对tDCS有反应。5例患者的分析结果显示,CRS-R视觉功能评分与凸显网络HC.L、凸显网络FIC. R、额顶网络DLPFC.R、额顶网络DLPFC.L、感觉运动网络PCL、感觉运动网络PG.L及感觉运动网络PG.R均
呈正相关(r=0.8979-0.9804，均P<0.05)；听觉功能评分和唤醒功能评分均与额顶网络PPC.R呈正相关
(r=0.908l,r=0.9081，均P<0・05)。结论对tDCS有反应微意识状态患者的CRS-R中视觉功能评分与
脑功能各个网络的相关性最多、最显著；提示视觉运动执行功能与多个脑功能网络有关。
【关键词】经颅直流电刺激；微意识状态；脑功能网路；修订版昏迷恢复量表
【中图分类号】R742【文献标志码】A【文章编号】1672-7770(2020)064685X)5
Study on rs-fMRI brain function network with CRS-R scale among minimally conscious state
patients with transcranial direct current stimulation ZHAO Jing-pu,GAO Yan,WAN Li,et al. Department of Rehabilitation,the second People's Hospital of Shenzhen,Shenzhen518035,China Corresponding authors:YAN Tie-bin,WANG Yu-long
Abstract:Objective To investigate the correlation between the Coma Recovery Scale-Revised
(CRS-R)sub-item evaluation scores of patients with transcranial direct current stimulation(tDCS)-responders and the key nodes of baseline resting state brain function network.Methods11patients
who met the minimum conscious state criteria.There were9males and2females,10cases of brain
trauma and1case of cerebral hemorrhage.The average age was37.27±8.36years and the average
duration was3.36±0.12months.All subjects underwent one resting state functional magnetic
resonance Resting-state fMRI(rs-fMRI)scan and CRS-R assessment test before the start of the experiment.The subjects were given a1-week tDCS stimulation for20minutes each time.The stimulation s让e was DLPFC.In the area,2weeks of true tDCS stimulation were given for20minutes
each time.The stimulation site was dorsal lateral prefrontal cortex(DLPFC)and the last rs-fMRI
and CRS-R evaluation tests were performed.According to the CRS-R score and the patients5clinical
treatment response,the patients who responded to tDCS treatment(tDCS-responders)baseline level
fMRI functional connectivity strength(FC strength)of the brain function network and the first CRS-
R The sub-item evaluation scores were analyzed by person correlation.Results The analysis results
of5patients(patients responding with tDCS)showed that the visual function scores were significantly correlated with the prominent network FIC.L(r=0.8979,P<0.05),and significandy
correlated with the convex network FIC.R(r=0.9158,P<0.05),significantly associated with the 基金项目：深圳三名工程项目(SZSM201512011)
作者单位：518035深圳，广东省深圳市第二人民医院康复中心(赵敬璞，高燄，万力，査甫兵，王玉龙)；中山大学孙逸仙
纪念医院康复医学科(燕铁斌)；广东省康复医学与养老工程技术研究中心(燕铁斌)
通信作者：燕铁斌，王玉龙
frontal network DLPFC.R(r=0.9804,P<0.05),significantly associated with the frontal network DLPFC.L(r=0.9354,P<0.05),and sensory motor network PCL Significant correlation(r= 0.9391,P<0.05),significant correlation with sensorimotor network PG.L(r=0.9361,P<0.05), and significant correlation with sensorimotor network PG.R(r=0.9296,P<0.05).The functional score was significantly correlated with the frontal network PPC.R(r=0.9081,P<0.05).The arousal function score was significandy correlated with the frontal network PPC.R(r=0.9081,P<0.05). Conclusions From the functional connection strength FC Strength,the CRS-R scale has the most relevant and significant visual function and brain function network.The visual motor executive function is associated with multiple brain function networks during the assessment process.
Key words:transcranial direct current stimulation；minimally conscious state；functional brain network；CRS-R
微意识状态(minimally conscious state,MCS)是指有少量但确定的行为证据，显示其具备对自身或者环境知觉的一类意识障碍状态⑷。修订昏迷恢复量表(coma recovery scale-revised,CRS-R)包括听觉、视觉、运动、言语反应、交流及唤醒水平等6个方面，是目前美国康复医学会专家推荐用于意识障碍患者的神经行为学评估量表，并指出CRS-R是目前用于诊断MCS的唯一量表闵。但CRS-R的评估在临床运用过程中，受到患者疼痛、认知功能障碍、听觉功能障碍等种种的局限性，使得临床工作者去
寻求更为客观、易操作的临床评估手段。近年来，越来越多的研究使用静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)检查发现，大脑皮层存在特定功能相关的静息态脑网络。包括默认模式网络(defaull mode network, DMN)、听觉网络(auditory network,AN)、视觉网络(visual network,VN)、感觉运动网络(sensorimotor network,SMN)、凸显网络(salience network,SN)和额顶网络(frontoparietal network,FPN)o rs-fMRI能够检测相应的功能网络任务反应情况，能够反映受试者的任务执行情况，有利于研究了解大脑的运行模式；可作为MCS患者的临床评估手段。
经颅宜流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)是一种非侵入性脑刺激技术；恒定、低强度直流电(1~2mA)作用于意识障碍患者大脑皮质，刺激其脑干网状激活系统，可加速意识障碍的恢复⑶。本研究对广东三九脑科医院神经康复医学科2016年7月—2017年1月收治的11例tDCS有反应MCS患者的CRS-R评分与脑功能网络功能连接(functional connectivity,FC)进行相关性分析，以探讨对tDCS有反应MCS患者的CRS评分与rs-fMRI脑功能各网络FC的相关性。
1资料与方法
1.1一般资料本组患者中男9例，女2例；年龄21~43岁，平均年龄(37.27±&36)岁；病程2~5个月，平均(3.36±0.12)个月；脑外伤(脑挫裂伤，多部位损伤)10例，脑出血1例。患者入组前进行一次CRS-R评
测和rs-fMRI检查。纳入标准：符合Aspen神经行为协作组(Aspen Neurobehavioral Conference Workgroup,ANCW)⑷推荐的MCS诊断标准，无镇静剂使用史，无脏器衰竭，无MRI检查禁忌证；家属知情同意后签署知情同意书。排除标准：有危及生命的重症损伤，合并内脏出血、休克、呼吸困难、多发骨折等。
1.2方法
1.2.1tDCS使用Soterix公司生产的1X1tDCS设备。根据国际电信号系统(72)，阳极(提高皮层兴奋性)置于左侧前额叶背外侧区(dorsal lateral prefrontal cortex,DLPFC)，阴极(参考电极)置于右眶上区。刺激参数：直流电流2mA，持续20min0方法:tDCS刺激固定在每日上午进行,(1)真刺激，电流在30s内上升到2mA，持续刺激20min，每日1次,1周刺激5次，连续刺激2周；
(2)安慰刺激，电极放置和刺激环境与真刺激相同，但电流只在刺激开始时和结束时上升到2mA(30s 内)，中间20min刺激时间的电流为0mA，每日1次,1周刺激5次，刺激1周；安慰刺激先于真刺激1周进行。每次刺激后观察记录刺激的不良反应，如电极片下是否发红，患者是否有疼痛O
1.2.2CRS-R评测采用CRS-R评定患者的意识障碍状态⑸。CRS-R包括6个子量表23个条目，组成听觉功能量表(0~4分)、视觉功能量表(0~5分)、运动功能量表(0~5分)、口部运动/言语功能量表(0~3分)、交流评分量表(0~2分)、觉醒功能量表(0~3分)，得分为0~23分。
1.2.3rs-fMRI和常规MRI检查采用GE3.0T MRI机进行检查。患者分别在tDCS前、单次安
慰tDCS 后及单次tDCS 后，共进行3次rs- fMRI 检查。检查时患者在安静状态下平卧于检查
床,rs-fMRI 扫描参数：脉冲重复时间（TR ）=
2 000 ms ，回波时间（TE ） =30 ms；翻转角（flip angle ） = 90°，层厚=
3 mm，体素大小=3. 75 mm X
3.75 mm x 1 mm ，矩阵（Matrix ） = 64 x 64，间隔= 1 mm，轴位=33层，图像视野（FOV ） = 240 mm x 240 mm，重复次数（NEX ） =240次。所有患者均行
常规头颅MRI 检查。
1.2.4图像处理 采用统计参数图软件（SPM8）及 rs-fMRI 图像处理，在MATLAB （R2013a ）平台上运
行DPARS 比对图像进行预处理和分析。（1）将图像
数据dicom 文件格式转化为NFTI 格式;（2）剔除图 像数据的前10个时间点；（3）时间校正和头动校
正，排除头动在X 、Y 、Z 轴上平动>2 mm 或旋转角
>2。的受试者数据；（4）空间标准化，映射到标准
脑;（5）平滑处理;（6）去线性漂移（机器温度、受试
者适应性等影响）；（7）图像滤波，波段采用0.01 -
0.1 Hz ； （8）回归协变量（头动、脑脊液、脑白质
信号）o
1.2.5脑功能网络提取主要提取六大脑功能网
络。即：感觉运动网络（SMN ）、听觉网络（AN ）、凸
显网络（SN ）、额顶网络（FPN ）、默认网络（DMN ）和
视觉网络（VN ）。
1.2.6影像学分析指标 主要分析各个脑功能网
络功能连接强度（FCS ）。FCS 强度是指每个体素与 全脑所有其他体素功能连接的总和;FCS 越大，表明
与其他脑区的联系越多或越紧密，也越重要。
www.hnnn1.3统计学方法 将对tDCS 有反应患者的基
线水平fMRI 各脑功能网络重要节点的FCS，与第1
次CRS-R 评测各亚项分数做Pearson 相关性分析。
2 结 果
2.1本组患者刺激前后的CRS-R 评分 刺激前、1
周安慰刺激后、2周真刺激后的CRS-R 评分见表1。 其中有5例患者2周真刺激后CRS-R 评分有明显
升高，视为对tDCS 有反应；另外6例患者2周
真刺激后的CRS-R 评分无增加。
2.2 tDCS 有反应患者各功能网络FC 与CRS-
R 评分的相关性5例对tDCS 有反应患者的
rs-fMRI 各功能网络重要节点与CRS-R 各亚项评分
之间的相关性，见表2。视觉功能评分与凸显网络
表1本组患者刺激前、1周安慰刺激和2周
真刺激后的CRS-R 评分
11 女 62脑外伤 6
14
14
14
病性年龄病病程
CRS-R 评分（分）
例
别（岁）因（个月）刺激前1周安慰刺激后2周真刺激后
1男19脑外伤11010162
男40脑外伤214
14
14
3男37脑外伤31212174男35脑外伤
399
14
5
女
62脑外伤31515156男37脑卒中3
9
9
16
7
男55脑外伤41313138男51脑外伤4
1313139男31
脑外伤
510
10
16
10
男
44脑外伤3
131313表2 5例tDCS 有反应患者的基线各功能网络FC 与CRS-R 各亚项评分的相关性（门
注:Ap<0.05
功能网络听觉功能视觉功能运动功能言语功能交流唤醒
默认网络MPFC 0.665 2
0. 825 3
0.246 10.594 6—0.665 2默认网络PCC
0.455 70.625 10.585 70.011 0—0.455 7凸显网络ACC
0.710 2
0. 841 9
0.408 2
0.410 9
—0.710 2
凸显网络HC.L 0.547 80.897 9a 0.301 20.366 5—0.547 8凸显网络FIC.R
0.510 1
0.915 8a 0.075 30.617 6—0.510 1
额顶网络PPC.L 0.451 70.686 1
0.460 50.214 8
—0.451 7额顶网络PPC. R
0.908 1A
0.795 80.522 2
0.324 4—0.908 1A
额顶网络DLPFC. R 0.546 70.980 4a
0.028 70.608 5—0.546 7额顶网络DLPFC. L 0.566 70.935 4a 0.206 60.479 2—0.566 7视觉网络OPC.L 0.578 00.876 00.287 40.449 2
—0.578 0视觉网络OPC. R
0.477 0
0.777 00.496 20.025 8
—0.477 0
听觉网络STG.L 0.615 60. 865 3
0.156 8洗肾机
0.640 3—0.615 6听觉网络STG.R 0.675 10.817 90.253 00.595 6—0.675 1感觉运动PCL 0.532 7
0.939 1A 0.124 3
0.553 2—0.532 7感觉运动PG.L 0.607 50.936 1A 0.191 90.534 1—0.607 5
感觉运动PG. R
0.633 00.929 6a
0.106 1
0.652 4
—
0.633 0
FIC.L、凸显网络FIC.R、额顶网络DLPFC.R、额顶网络DLPFC.L及感觉运动网络PCL、感觉运动网络PG.L、感觉运动网络PG.R均呈正相关（r= 0.8979-0.9804，均P<0.05）。听觉功能评分和唤醒功能评分与额顶网络PPC.R均呈正相关（r= 0.908l,r=0.9081，均P<0.05）o
3讨论
tDCS作为一种非侵入性脑刺激手段，通过阳极刺激促进大脑皮层兴奋性增强，可以使大脑皮层兴奋性改变持续1h左右同，改善意识状态水平，提高患者的CRS-R评分"]。
CRS-R是目前用于区分意识障碍最敏感的量表屈。其包括听觉、视觉、运动、言语、交流和觉醒
的6个亚项量表，可以从不同的功能方面评估意识，并且使用经济、方便、直观，已是广泛用于慢性意识障碍临床评估的行为学量表。CRS-R可以广泛地应用于意识障碍各个阶段，并且此量表对判断MCS 较敏感。其中检查视觉行为评估的刺激与检查运动、言语、交流、听觉的刺激方法不同；检查视觉的镜子具有自我参照的特点，也就是说患者可以从镜子中看到自己⑼。已有研究证明MCS患者存在完整的视觉运动网络。CRS-R评测指南建议，在进行视觉评估中使用镜子（自我参照的刺激）、手电筒（光源刺激）和球（颜刺激）。Di等在一项研究中指出，这3种刺激物在诱导评定视觉定位的刺激中来说，镜子是最敏感和精确的a。
可以对视觉刺激产生定位以及视觉追踪被认为是达到了微意识状态，是个人意识障碍恢复的重要表现。因为依据这两点则可以判定患者为MCS[11]。其次，视觉是人类意识感觉中最主要的感觉问；当与其他感觉并存时，对其他感觉起主导作用。再者，视觉功能在判断MCS恢复过程中具有非常重要的作用。因为在判断MCS过程中，诸如让患者主动的摆弄物体很难诱发出来或者会误导患者，并且其他确定有目的的行为也很难获得。为了判断昏迷患者的神经功能状态，视觉诱发电位已经用于昏迷的急性阶段；并且可以预测昏迷患者的预后；同时，视觉诱发电位也已经用于MCS患者的评测问。
本研究5例对tDCS有反应患者的各功能网络重要节点与CRS-R评分各亚项之间的相关性分析显示，视觉功能评分与凸显网络FIC.L、凸显网络FIC.R、额顶网络DLPFC.R、额顶网络DLPFC.L 及感觉运动网络PCL、感觉运动网络PG.L、感觉运动网络PG.R之间均呈正相关（r=0.8979~0.9804，均P<0.05）；听觉功能评分和唤醒功能评
分与额顶网络PPC.R均呈正相关（r=0.908l,r=
0.9081，均P<0.05）。结果表明，虽然MCS患者缺乏语言和相互交流的能力，但此时患者和行为学的判定上具有意识的感知能力。静息态脑功能网
络MT6]与视觉功能评分上进一步明确了患者在行为学上有意识存在的判断；视觉意识的部分恢复，是MCS患者意识存在的标志，是脑功能恢复的基本重要条件。
本研究还发现MCS患者CRS-R视觉功能评分与其他脑功能网络存在正相关性，如凸显网络、感觉运动网络、额顶网络功能网络。这表明脑网络之间是相互连通的，视觉功能的完成需要其他脑网络之间的相互一致协调性来完成。实际操作中每1例患者完成CRS-R评分时所处的意识状态不一致，不能使所有患者都注视被动呈现的物品（网球、镜子、光源）o此外，还需要考虑到MCS患者由于脑损伤、脑积水等引起的脑组织严重变形对视觉功能的影响。因MCS患者的脑干网络结构激活系统的觉醒功能基本正常，故情感、认知能力的恢复和提高尤为重要，且眼睛的表达如注目、凝视、眼泪等可以在一定
程度上反映出微意识状态患者情感和认知能力。总之，从功能连接强度FC Strength来看,CRS-R 中视觉功能亚项评分与脑功能各个网络的联系最
多，表明视觉运动执行功能与多个脑功能网络存在相关性[19-20]。
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