NeuroImage：膝关节炎如何影响大脑？静态与动态功能网络变化全解析

膝骨关节炎（KOA）是导致老年人活动受限和残疾的主要原因之一。这种疾病不仅引起关节疼痛，还会显著影响患者的生活质量。然而，目前对于KOA患者大脑功能网络的异常变化及其与临床症状之间的关系尚不清楚。

2024年4月10日，NeuroImage（IF=4.7）上发表了一篇题为“Altered static and dynamic functional brain network in knee osteoarthritis: A resting-state functional magnetic resonance imaging study”的文章。该研究通过静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）技术，探讨了KOA患者大脑静态和动态功能网络连接（FNC）的变化及其与临床症状的相关性。

膝骨关节炎（KOA）是老年人中最常见的关节炎类型，主要表现为关节疼痛、功能受限，严重影响生活质量。近年来，越来越多的研究表明，KOA患者的中枢神经系统会发生结构和功能的重塑，这些变化可能与疼痛的慢性化有关。然而，目前对于KOA患者大脑功能网络的动态变化及其与临床症状的关系仍缺乏深入研究。

图1 在空间 GICA 中确定了 7 个内在连接网络

研究纳入了159名KOA患者和73名年龄、性别匹配的健康对照者（HS），所有参与者均接受了静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）扫描和临床评估。研究者采用基于组独立成分分析（GICA）的方法，识别出七个静息态网络，并分析了这些网络之间的静态和动态功能连接。

实验设计包括对KOA患者和健康对照者进行静息态fMRI扫描，同时使用Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index（WOMAC）量表、视觉模拟评分（VAS）和生活质量量表（SF-12）评估患者的症状严重程度。此外，研究还通过动态功能网络连接（dFNC）分析，探讨了大脑功能网络的动态变化。

图 2 组区分静态功能网络连接

研究发现，与健康对照者相比，KOA患者在默认模式网络、视觉网络和小脑网络内的功能连接显著降低，而在皮层下网络与视觉网络之间的功能连接显著增强。通过k均值聚类分析，研究者识别出四种重复出现的功能连接状态。KOA患者在状态1和状态2中表现出更显著的功能连接模式变化，且在状态1中停留的时间比例（Fraction Time）和平均停留时间（Mean Dwell Time）显著高于健康对照者。

图 3 大脑行为相关性分析

研究还发现，KOA患者的功能连接变化与疼痛持续时间、WOMAC评分和焦虑评分等临床指标存在显著相关性。

图 4 状态聚类分析的结果

总之，该研究揭示了KOA患者在默认模式网络、感觉运动网络、认知控制网络和皮层下网络中存在广泛的静态和动态功能连接异常。这些异常可能与KOA患者的疼痛感知和情绪调节有关。研究结果不仅为理解KOA的中枢病理机制提供了新的视角，还为开发针对KOA的中枢神经系统治疗靶点提供了理论依据。

这项研究通过结合静态和动态功能网络连接分析，全面揭示了KOA患者大脑功能网络的异常变化，强调了从静息态功能角度研究KOA的重要性。这些发现可能为未来开发针对KOA的中枢神经系统干预措施提供参考，并为其他肌肉骨骼疼痛的神经影像学研究提供借鉴。

参考文献：

Altered static and dynamic functional brain network in knee osteoarthritis: A resting-state functional magnetic resonance imaging study: Static and dynamic FNC in KOA, NeuroImage(2024). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2024.120599