基于7特斯拉功能磁共振成像的长新冠患者血氧水平依赖信号强度研究

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Investigation of BOLD signal intensities in long COVID patients using 7T functional MRI

　　

研究人员采用超高场7特斯拉(7T)任务态功能磁共振成像(fMRI)技术，通过检测脑血氧水平依赖(BOLD)信号活动，探究长新冠患者的局部认知功能缺陷。研究共纳入19例长新冠患者、27例健康对照者，其中健康对照者包含12例新冠康复者(Cov-RHC)和15例未感染新冠的健康对照(nHC)。Stroop色词任务期间共采集225个fMRI体积数据，使用统计参数映射软件(SPM12)处理功能和解剖图像，提取全脑体素的BOLD信号强度时间序列，用于组间任务态fMRI的差异推断。结果显示，与新冠康复者相比，长新冠患者的前扣带回皮层(p=0.002，簇大小=650，Z值=4.67)和楔前叶(p<0.001，簇大小=1893，Z值=4.67)的BOLD激活显著降低。此外，长新冠患者楔前叶的BOLD强度与自我报告的疼痛评分呈负相关(p=0.040)，与病程呈负相关(p=0.03)，提示BOLD信号随病程延长和疼痛程度加重而降低。未感染新冠的健康对照与长新冠、未感染新冠的健康对照与新冠康复者之间未观察到统计学显著的BOLD差异。未感染新冠的健康对照与长新冠队列对不一致刺激(p=0.002)和一致刺激的响应时间存在显著差异，未感染新冠的健康对照的信息处理速度整体更快。长新冠患者“核心”脑区的BOLD信号降低，提示由脑血流、氧合状态和持续神经炎症相关的扰动导致的内在网络介导信息处理、认知和执行功能的认知控制减弱。

该研究发表于《Brain, Behavior, 》，针对长新冠患者脑稳态破坏引发的严重神经功能障碍、脑雾及认知损伤问题，首次采用7特斯拉(7T)功能磁共振成像(fMRI)技术，通过Stroop色词任务探究其脑区血氧水平依赖(BOLD)信号的异常特征。当前长新冠的神经侵袭机制尚不明确，现有神经影像学研究多聚焦结构改变，对任务态下执行功能相关脑区的动态神经活动变化，尤其是超高场强下的细微功能异常仍缺乏系统性解析，这一空白限制了对其认知障碍病理机制的深入理解。

研究人员纳入19例符合世界卫生组织(WHO)长新冠诊断标准的澳大利亚患者，以及27例年龄匹配的健康对照者，后者分为12例新冠康复者(Cov-RHC)和15例未感染新冠的健康对照(nHC)。所有参与者完成Stroop色词任务的同时，采用7T fMRI采集脑功能数据，结合统计参数映射软件(SPM12)进行预处理与统计分析，提取全脑BOLD信号强度，并关联临床量表评分与行为学指标。

研究关键技术方法包括：采用7T全身MRI扫描仪联合32通道头线圈，采集任务态fMRI与解剖像T1加权像；使用Stroop色词范式诱发冲突监控、工作记忆与持续注意相关的认知负荷；通过SPM12完成图像配准、归一化与平滑，基于一般线性模型(GLM)进行组间BOLD信号差异分析，以年龄和性别为协变量校正混杂效应；提取行为学响应时间与准确率，采用独立样本t检验与Hedges g效应量评估组间差异；通过Pearson相关分析验证BOLD信号与病程、疼痛评分的临床关联。

研究结果如下：

3.1 长新冠与新冠康复者的组间比较

两组比较显示长新冠患者在前扣带回皮层(ACC)和楔前叶存在显著BOLD信号降低，前者p_fdr=0.002，簇大小为650，坐标(-5,47,-6)，Z值=4.67；后者p_fdr<0.001，簇大小kE=1893，坐标(4,-59,17)，Z值=4.67。长新冠与未感染新冠的健康对照、未感染新冠的健康对照与新冠康复者之间未检测到显著BOLD差异。

3.2 长新冠患者BOLD信号与临床指标的关联

楔前叶BOLD信号与疼痛水平呈显著负相关(p=0.040，r=-0.553，CI[-0.81,-0.98])，与病程呈显著负相关(p=0.03，r=-0.526，CI[-0.79,-0.09])。前扣带回皮层BOLD信号与疼痛、病程无显著关联，两个脑区的BOLD值与一般健康、心理健康或躯体功能评分也无显著相关性。

3.3 Stroop任务的准确率与响应时间

三组间的任务准确率无统计学差异。行为学分析显示：未感染新冠的健康对照与长新冠患者对不一致刺激(p<0.05，Hedges g=-1.08)和一致刺激(p=0.001，Hedges g=-1.16)的响应时间存在显著差异，长新冠患者响应延迟(不一致刺激均值±标准差=2.053±0.44秒，一致刺激=1.79±0.46秒)；长新冠与新冠康复者、新冠康复者与未感染新冠的健康对照之间的响应时间无显著差异；长新冠与全体27例健康对照的不一致(p=0.01)和一致(p=0.006)刺激响应时间均存在显著差异。

讨论部分指出，前扣带回皮层是冲突监测与认知控制的核心脑区，楔前叶作为默认模式网络(DMN)的关键节点，二者的BOLD激活降低提示长新冠患者无法有效募集背外侧前额叶皮层(DLPFC)完成冲突解决，导致认知与执行功能受损，这与观察到的响应延迟一致。楔前叶BOLD信号可解释20.7%的疼痛水平变异与31.8%的病程变异，提示神经炎症、血管动力学改变与神经血管耦合障碍可能是潜在机制。未发现长新冠与未感染新冠的健康对照的BOLD差异，可能反映新冠暴露后脑功能重组的复杂性，而年龄因素对本研究的干扰可被排除，因长新冠队列平均年龄约47岁，属于中青年群体。

研究结论为：长新冠患者存在任务态下脑BOLD激活强度的异常改变，前扣带回皮层与楔前叶的功能受损可能是其认知障碍的神经基础，且该异常与疼痛严重程度和病程进展呈负相关，这些细微功能改变可通过7T fMRI精准检测，为长新冠的神经机制研究与临床评估提供了新的影像学依据。