Исследование нарушений функциональных связей между сетью пассивного режима работы мозга и структурами мозжечка у пациентов с легкой черепно-мозговой травмой в острой стадии по данным фМРТ состояния покоя

Легкая черепно-мозговая травма (лЧМТ) является наиболее распространенным неврологическим повреждением у детей, поэтому чрезвычайно важно идентифицировать и проанализировать биомаркеры, которые могут помочь в процессах лечения и выздоровления пациента с лЧМТ.

Цель исследования: подтвердить гипотезу о том, что нарушения функциональных связей между неповрежденным мозжечком и узлами сети DMN включены в симптоматическое проявление лЧМТ.

Методы. Обследованы 28 МР-негативных пациентов с лЧМТв возрасте от 12 до 17 лет (средний возраст 14,7 года). Контрольная группа состояла из 23 здоровых детей. Все МРТ-исследования проводились на сканере Philips Achieva dStream 3,0 Tл, оборудованном 32-канальной головной катушкой Philips dStream. Проведена фМРТ состояния покоя (EPI последовательность, TR = 3000 мс, время эха (TE) = 30 мс, 80 динамиков с динамическим временем сканирования 3 с). Данные фМРТ обработаны с использованием программного пакета CONN.

Результаты. Не обнаружено статистически значимого различия в значениях коэффициентов функциональных связей между областями сети DMN в группах пациентов и контроля. Межгрупповой анализ выявил статистически значимое (р < 0,05) различие в нейронных связях между частями DMN и червем мозжечка (vermis, структурная часть мозжечка): положительная связь в контрольной группе и отрицательная связь в группе пациентов.

Заключение. Выявленные изменения в нейрональных связях между областями DMN и мозжечка у пациентов с лЧМТ в остром периоде могут быть начальным этапом повреждений, приводящих к когнитивному дефициту, который может развиться в будущем.

1. Stein S.C., Spettell C. The Head Injury Severity Scale (HISS): a practical classification of closed-head injury. Brain Injury. 1995; 9 (5): 437–444. https://doi.org/10.3109/02699059509008203

2. Levin H.S., Diaz-Arrastia R.R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. The Lancet Neurology. 2015; 14 (5): 506–517. https://doi.org/10.1016/s1474-4422(15)00002-2

3. Hunter J.V., Wilde E.A., Tong K.A., Holshouser B.A. Emerging Imaging Tools for Use with Traumatic Brain Injury Research. J. Neurotrauma. 2012; 29 (4): 654–671. https://doi.org/10.1089/neu.2011.1906

4. Shenton M.E., Hamoda H.M., Schneiderman J.S., Bouix S., Pasternak O., Rathi Y., Vu M.-A., Purohit M.P., Helmer K., Koerte I., Lin A.P., Westin C.-F., Kikinis R., Kubicki M., Stern R.A., ZafonteR. A review of magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging findings in mild traumatic brain injury. Brain Imaging Behav. 2012; 6: 137–192. https://doi.org/10.1007/s11682-012-9156-5

5. Rutland-Brown W., Langlois J.A., Thomas K.E., Xi Y.L. Incidence of traumatic brain injury in the United States, 2003. J. Head Trauma Rehabil. 2006; 21 (6): 544–548.

6. Zhou Y., Milham M.P., Lui Y.W., Miles L., Reaume J., Sodick son D.K., Grossman R.I., Ge Y. Default-mode network disruption in mild traumatic brain injury. Radiology. 2012; 265 (3): 882–892. https://doi.org/10.1148/radiol.12120748

7. Cordes D., Haughton V.M., Arfanakis K., Carew J.D., Turski P.A., Moritz C.H., Quigley M.A., Meyerand M. E. Frequencies contributing to functional connectivity in the cerebral cortex in “resting-state” data. Am. J. Neuroradiol. 2001; 22 (7): 1326–1333.

8. Gusnard D.A., Raichle M.E. Searching for a baseline: functional imaging and the resting human brain. Nat. Rev. Neurosci. 2001; 2 (10): 685. https://doi.org/10.1038/35094500

9. Raichle M.E., Snyder A.Z. A default mode of brain function: a brief history of an evolving idea. Neuroimage. 2007; 37 (4): 1083–1090. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2007.02.041

10. Gilbert D.T., Wilson T.D. Prospection: Experiencing the future. Science. 2007; 317 (5843): 1351–1354. https://doi.org/10.1126/science.1144161

11. Buckner R.L., Andrews Hanna J.R., Schacter D.L. The brain's default network. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2008; 1124 (1): 1–38. https://doi.org/10.1196/annals.1440.011

12. Sharp D.J., Beckmann C.F., Greenwood R., Kinnunen K.M., Bonnelle V., De Boissezon X., Powell J.H., Counsell S.J., Patel M.C., Leech R. Default mode network functional and structural connectivity after traumatic brain injury. Brain. 2011; 134 (8): 2233–2247. https://doi.org/10.1093/brain/awr175

13. Fife T.D. Persistent vertigo and dizziness after mild traumatic brain injury. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2015; 1343: 97–105. https://doi.org/10.1111/nyas.12678

14. Park E., Ai J., Baker A.J. Cerebellar injury: clinical relevance and potential in traumatic brain injury research. Prog. Brain Res. 2007; 161: 327–338. https://doi.org/10.1016/s0079-6123(06)61023-6

15. Potts M.B., Adwanikar H., Noble-Haeusslein L.J. Models of traumatic cerebellar injury. Cerebellum. 2009; 8 (3): 211–221. https://doi.org/10.1007/s12311-009-0114-8

16. Spanos G.K., Wilde E.A., Bigler E.D., Cleavinger H.B., Fearing M.A., Levin H.S., Li X., Hunter J.V. Cerebellar atrophy after moderate-to-severe pediatric traumatic brain injury. Am. J. Neuroradiol. 2007; 28 (3): 537–542.

17. Mayer A.R., Mannell M.V., Ling J., Elgie R., Gasparovic C., Phillips J.P., Doezema D., aYeo R.A. Auditory orienting and inhibition of return in mild traumatic brain injury: A FMRI study. Hum. Brain Mapp. 2009; 30: 4152–4166. https://doi.org/10.1002/hbm.20836

18. Yang Z., Yeo R., Pena A., Ling J., Klimaj S., Campbell R., Doezema D., Mayer A. A fMRI Study of Auditory Orienting and Inhibition of Return in Pediatric Mild Traumatic Brain Injury. J. Neurotrauma. 2012; 26: 2124–2136. https://doi.org/10.1089/neu.2012.2395.

19. Mayer A.R., Yang Z., Yeo R.A., Pena A., Ling J.M., Mannell M.V., Stippler M.,Mojtahed K. A functional MRI study of multimodal selective attention following mild traumatic brain injury. Brain Imaging Behav. 2012; 6: 343–354. https://doi.org/10.1007/s11682-012-9178-z

20. ShumskayaE., AndriessenT.M., Norris D.G., VosP.E. Abnormal whole-brain functional networks in homo geneous acute mild traumatic brain injury. Neurology. 2012; 79 (2): 175–182. https://doi.org/10.1212/wnl.0b013e31825f04fb

21. Bonnelle V., Leech R., Kinnunen K.M., Ham T.E., Beckmann C.F., Boissezon X., Greenwood R.J., Sharp D.J. Default mode network connectivity predicts sustained attention deficits after traumatic brain injury. J. Neurosci. 2011; 31 (38): 13442–13451. https://doi.org/10.1523/jneurosci.1163-11.2011

22. Arenivas A., Diaz-Arrastia R., Spence J., Cullum C.M., Krishnan K., Bosworth C., Culver C., Kennard B., Marquez de la Plata C. Three approaches to investigating functional compromise to the default mode network after traumatic axonal injury. Brain Imaging Behav. 2014; 8 (3): 407–419. https://doi.org/10.1007/s11682-012-9191-2

23. Horak F.B., Diener H.C. Cerebellar control of postural scaling and central set in stance. J. Neurophysiol. 1994; 72 (2): 479–493. https://doi.org/10.1152/jn.1994.72.2.479

24. Eierud C., Craddock R.C., Fletcher S., Aulakh M., King-Casas B., Kuehl D., LaConte S.M. Neuroimaging after mild traumatic brain injury: review and meta-analysis. NeuroImage: Clinical. 2014; 4: 283–294. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2013.12.009

25. Guskiewicz K. M., Mihalik J.P., Shankar V., Marshall S.W., Crowell D.H., Oliaro S.M., Ciocca M.F., Hooker D.N. Measurement of head impacts in collegiate football players: relationship between head impact biomechanics and acute clinical outcome after concussion. Neurosurgery. 2007; 61 (6): 1244–1253. https://doi.org/10.1097/scs.0b013e31816a2e83

26. McCrea M., Guskiewicz K.M., Marshall S.W., Barr W., Randolph C., Cantu R.C., Onate J.A., Yang J., Kelly J.P. Acute effects and recovery time following concussion in collegiate football players: the NCAA Concussion Study. JAMA. 2003; 290 (19): 2556–2563. https://doi.org/10.1001/jama.290.19.2556.

27. Tsai F.Y., Teal J.S., Itabashi H.H., Huprich J.E., Hieshima G.B., Segall H.D. Computed tomography of posterior fossa trauma. J. Comput. Assist. Tomogr. 1980; 4 (3): 291–305.

28. Soto-Ares G., Vinchon M., Delmaire C., Abecidan E., Dhelle mes P., Pruvo J.P. Cerebellar atrophy after severe traumatic head injury in children. Childs Nerv. Syst. 2001; 17 (4–5): 263–269. https://doi.org/10.1007/s003810000411

29. Fiez J.A., Petersen S.E., Cheney M.K., Raichle M.E. Impaired non-motor learning and error detection associated with cerebellar damage. A single case study. Brain. 1992; 115 (Pt 1): 155–178. https://doi.org/10.1093/brain/115.1.155

30. Middleton F.A., Strick P.L. Anatomical evidence for cerebellar and basal ganglia involvement in higher cognitive function. Science. 1994; 266 (5184): 458–461. https://doi.org/10.1126/science.7939688

31. Riga D., Matos M.R., Glas A., Smit A.B., Spijker S., Van den Oever M.C. Optogenetic dissection of medial prefrontal cortex circuitry. Frontiers Syst. Neurosci. 2014; 8: 230. https://doi.org/10.3389/fnsys.2014.00230

32. Van den Oever M.C., Spijker S., Smit A.B., De Vries T.J. Prefrontal cortex plasticity mechanisms in drug seeking and relapse. Neurosci. Biobehav. Rev. 2010; 35: 276–228. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2009.11.016

33. Ito M. Cerebellar Control of the Vestibulo-Ocular Reflex-Around the Flocculus Hypothesis. Annual Rev. Neurosci. 1982; 5: 275–296. https://doi.org/10.1146/annurev.ne.05.030182.001423

34. Lisberger S. The neural basis for learning of simple motor skills. Science. 1988; 242 (4879): 728–735. https://doi.org/10.1126/science.3055293