一项新研究在《柳叶刀数字健康》上指出，大脑对中风的反应可能出乎意料。南加州大学马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所（史蒂文斯INI）的研究人员发现，中风后出现严重身体障碍的人，其未受损区域可能显示出“更年轻”的大脑结构。这似乎反映了大脑在损伤后如何适应和重组自身。
该研究是增强神经影像遗传学通过荟萃分析（ENIGMA）中风恢复工作组的一部分。科学家分析了来自八个国家34个研究中心收集的500多名中风幸存者的脑部扫描。通过应用在数万次MRI扫描上训练的深度学习模型，团队估算了每个半球不同区域的“大脑年龄”，并检查了中风如何影响结构和恢复。
“我们发现，较大的中风会加速受损半球的老化，但矛盾的是，它让大脑的另一侧看起来更年轻，”南加州大学凯克医学院研究神经学副教授、该研究的共同资深作者金浩成博士说。“这种模式表明大脑可能正在自我重组，本质上是焕发未受损网络以补偿失去的功能。”
人工智能揭示中风后大脑重新连接
为了进行分析，研究人员使用了一种称为图卷积网络的人工智能。该系统根据MRI数据估算了18个大脑区域的生物年龄。然后，他们将这个预测年龄与每个人的实际年龄进行比较，这一测量称为大脑预测年龄差（brain-PAD），可作为大脑健康指标。
当这些大脑年龄测量值与运动功能评分进行比较时，出现了一个清晰的模式。即使在经过6个月以上的康复治疗后，有严重运动障碍的中风幸存者，其损伤对侧区域的脑年龄也低于预期。这种效应在额顶网络中尤为明显，该网络在运动规划、注意力和协调中起着重要作用。
“这些发现表明，当中风损伤导致更大运动功能丧失时，大脑对侧未受损区域可能会适应并帮助补偿，”金浩成解释道。“我们在对侧额顶网络中看到了这一点，它显示出更‘年轻’的模式，并且已知支持运动规划、注意力和协调。与其说这表明运动功能完全恢复，不如说这种模式反映了大脑在受损运动系统无法正常工作时试图调整。这给了我们一种新的方式来观察传统成像无法捕捉到的神经可塑性。”
大规模数据揭示隐藏模式
该研究依赖于ENIGMA，这是一个全球合作项目，结合了来自50多个国家的数据，以更好地理解不同条件下的大脑。通过标准化来自许多研究组的MRI数据和临床信息，该团队创建了同类中最大的中风神经影像数据集。
“通过汇集来自全球数百名中风幸存者的数据，并应用尖端人工智能，我们可以检测到在较小研究中不可见的大脑重组微妙模式。这些关于慢性中风区域差异性脑老化的发现最终可能指导个性化康复策略，”史蒂文斯INI主任、南加州大学教务长教授阿瑟·W·托加博士说。
迈向个性化中风康复
研究人员计划通过长期跟踪患者，从中风后早期阶段到长期恢复，继续这项工作。追踪大脑老化模式和结构变化如何演变，可以帮助医生根据每个人的独特恢复过程量身定制治疗方案，目标是改善结果和生活质量。
请观看史蒂文斯INI制作的视频，了解关于对侧神经可塑性与运动障碍之间关联的更多信息。
该研究题为“Deep learning prediction of MRI-based regional brain age reveals contralesional neuroplasticity associated with severe motor impairment in chronic stroke: A worldwide ENIGMA study”，由美国国立卫生研究院（NIH）R01 NS115845资助，并得到了来自不列颠哥伦比亚大学、莫纳什大学、埃默里大学和奥斯陆大学等机构的国际合作者的支持。
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