[演讲]301医院余新光: 精准神经外科体系下的脑肿瘤与脑网络

会议演讲整理

神外前沿

神外前沿讯，3月16日，第二届中国脑胶质瘤学术大会暨中国医师协会脑胶质瘤专业委员会在湖南长沙召开。

在大师论坛环节上，解放军总医院（301医院）神经外科主任余新光教授做学术报告《脑肿瘤与脑网络》（参考阅读：[专访]解放军总医院余新光: 科室年手术量4000台以上 通过DSI等技术发展脑功能研究和建立精准神经外科体系）

余新光教授表示，脑网络研究为理解脑肿瘤病人高级认知功能改变的机制提供了新的视角，可以利用脑肿瘤模型从脑网络层面探讨大脑的代偿和失代偿机制。

本文整理：神外前沿编辑

本文修改与终审：解放军总医院神经外科主任余新光教授

发言要点如下：

在座大师分为几类：一类是学者型的，就像我们今天上午的院士，特别是近几年来，他们从宏观的角度，从哲学的高度去探讨问题；一类属于工匠型的，他们在某一领域，特别是外科医生，对于胶质瘤或其它疾病治疗等有形东西非常感兴趣，探讨手术入路和切除方法等；还有一类大师是综合型的，这两方面都非常强。为什么会有这样差别，我想主要是大家大脑功能不一样，看事物角度不一样。

我今天讲《脑肿瘤和脑网络》，也是本人从事疾病治疗当中的一种兴趣指向。

精准神经外科体系

在2007年前后，解放军总医院神经外科许百男教授较早提出“精准神经外科”概念，在这个体系下，利用多模态技术，保护脑功能区和功能传导束的同时最大限度切除脑肿瘤，并在临床和科研上取得一些成果。

最初提出“精准神经外科”是精准技术辅助手术，现在我们把这个理念又扩展到整个疾病的诊断、评估，包括治疗手段、预后以及大数据的处理等，称“精准外科体系”，包括基因检测、非手术疗法等，实际上是把这个概念扩大了。术语不是主要的，关键是我们在做什么，方向是一致的，研究越来越细致，越来越深入。

保护脑高级认知功能——脑网络分析

过去讲保护某一区域，主要指保护视觉皮层、运动区、语言区等，但对“脑网络”概念讲的并不多。通常外科医生说的精准是要保护脑功能，不仅要保护刚才说的比较初级脑功能，还要保护更高级的脑认知功能，如我们对事物的判断、理解、决策、注意力、记忆力，甚至情绪、情感、人格等等。

越来越多证据表明，脑高级认知功能的表达需要多个脑区间相互整合才能实现的，需要通过脑网络概念进行阐述脑的高级认知功能。

通常我们把人脑比喻成“三磅宇宙”，脑高级功能如同宇宙中的“暗物质”或“暗能量”，很多有待开发研究。宇宙研究因为不可及，很多成果是由理论物理学家（如霍金）主导；但对于人脑的研究，虽然现阶段神经外科医生参与到其中的研究较为有限，但是，也只有神经外科医生才能直接接触大脑，对大脑进行有创性操作，故神经外科医生在脑功能的研究中应有很大的发挥空间。积极参与脑功能研究对神经外科而言，一方面可以扩展神经外科医生的科研领域；另一方面将脑功能研究成果向治疗领域转化，可以提高认识和治疗疾病的水平。

近几年来，神经外科参与脑功能研究是在赵继宗院士等老前辈倡导下做了一些工作，但大多数都是功能神经外科的疾病或医生来主导，我们作为脑肿瘤的医生能不能也介入进去？

这正是我今天想讲的几个问题。因为脑网络非常复杂，涉及到很多我们医生不是特别懂的方法，我主要想把脑网络研究中的一些基本概念引出来。

今天主要讲四方面内容，一是脑网络的基本概念，第二是脑肿瘤对脑网络的影响及其和脑功能改变的关系，第三是外科手术对脑网络的影响，第四是利用脑肿瘤模型从脑网络层面探索脑功能。

第一部分 脑网络的概念

什么是脑网络？脑本身就是非常复杂的网络系统。就像现代基因学需要基因组一样，大脑的研究需要人脑连接组。上午讲到了很多组学，基因组学、蛋白组学等，还要加入一个组学，叫人脑连接组学。连接组学是近十几年来神经科学领域的新提法，能系统地从宏观到微观尺度研究大脑的工作机制。

第二部分 脑肿瘤对脑网络的影响及其和脑功能改变的关系

脑肿瘤对脑网络的影响模式：脑肿瘤不仅可以导致局部脑结构的损伤，同时还破坏了该部位和其他脑区间的结构和功能连接，进而影响脑区间的信息交流。那么，这种脑网络的改变是如何定量刻画？ 

图论在复杂脑网络分析中的应用：利用“图论分析”可以对脑网络的属性进行定量刻画。基于此，可以发现脑网络具有很多重要的特性，如核心脑区（hub）存在、模块化的组织结构和“小世界”属性等。下一步，如何利用图论分析脑肿瘤病人的脑网络是如何变化的。

利用图论分析初步探索听神经瘤对脑网络的影响：（详见：[学术前沿第6期]左耳与右耳"不一样“ 301医院余新光团队在"Neuroscience“发文揭示大脑处理听觉信息偏侧化特征）

这是我们最近发的一篇文章，初步探索幕下肿瘤对脑网络的影响：听神经瘤影响小脑、脑干等重要结构，这些结构和大脑存在结构和功能连接，我们推测听神经瘤会影响大脑的网络。其实小脑的功能是非常值得开发和研究的。另一方面，听神经瘤破坏病人的听力，我们利用这个疾病来探讨耳聋对大脑功能网络有什么影响。文章中有具体的方法和细节，这里不多讲。

研究方法：入组听神经瘤病人及匹配的正常被试并采集神经影像数据，采集38例听神经瘤病人及21例正常被试的高分辨T1结构像及静息态功能磁共振数据。

研究方法：脑网络构建和分析。这是分析的方法，我们先预处理T1和功能磁共振数据，定义脑功能网络节点（278个分区）和边（功能连接），构建出每个被试的脑功能网络，基于“图论”的复杂网络分析和比较两组被试脑功能网络属性之间的差异。

研究的结果，第一，和正常人的大脑网络都是一样的，听神经瘤病人大脑网络仍具有“小世界”特性，这一方面反映大脑处理信息的高效性，另一方面反映大脑具有比较强的抵御攻击的能力，在后颅窝有病变时依然能够保持比较稳定的脑网络拓扑属性。但是仔细地分析，发现听神经瘤病人脑网络的部分连接模式发生了改变，主要在视觉网络、默认网络、注意网络等部分脑区的功能连接发生改变。有些是增强，有些是减弱，A这部分是增强的，B这部分是减弱的。听神经瘤导致听力受损后，出现视觉网络（反映视、听觉相互代偿作用）和高级认知网络（反映听力障碍后相关认知功能改变）的功能连接变化。

有一篇文献总结现阶段分析脑肿瘤病人的脑网络属性变化的研究。很多研究通过不同模态的技术手段构建胶质瘤、脑膜瘤等脑肿瘤病人的脑网络，并基于图论的复杂网络分析方法去刻画肿瘤病人脑结构和功能网络特性的改变情况。那么，脑肿瘤病人脑网络的变化模式是怎么样的？可惜的是，目前尚未得到统一的结论，需要我们结合更多的病例去进一步研究。

脑网络的改变和脑功能异常之间的关系：有一项研究分别提取132个病人的局部病灶（卒中）特征和脑网络功能连接模式，分别判断病灶信息和脑网络功能连接信息对病人各种初级和高级脑功能的预测能力。

这个研究结果显示，病灶对局部脑结构的破坏，能导致脑初级功能异常；脑网络的改变则会导致记忆等高级认知功能的异常。在外科手术中，提示我们不仅要保护局部脑结构，还要保护重要的脑网络来保护病人的高级认知功能。                          

那么，如何保护脑网络？需要保护脑网络的核心节点（hub）和核心白质纤维束。和交通网等一样，脑网各中存在类似“交通枢纽”和“主干道”的核心节点和核心白质纤维束。这些重要的节点和连边在维系着整个网络的连通性中占据举足轻重地位。如何个体化地定位和保护脑肿瘤病人脑网络的核心节点和核心传导束，是我们下一步研究的方向。

第三部分 外科手术对脑网络的影响

手术切除脑网络核心枢纽导致多维度的认知功能障碍：在外科手术切除或病变损伤脑网络的hub区（暖色调脑区，如左侧颞中回后部、内侧前额叶）时，可导致多维度的认知功能障碍；而影响非hub区（扣带回后部）时，只会在单一维度认知功能障碍。外科手术时，应保护这些hub来保护病人的高级认知功能。

手术切除脑网络的重要纤维束导致半球间信息交流障碍：胼胝体是连接两侧大脑半球的重要联络纤维，属于脑网络的核心白质纤维束。手术切开胼胝体会影响脑网络中半球间的信息交流。在治疗癫痫而切开胼胝体后，运动网络和默认网络内的半球间功能连接受到破坏。在脑肿瘤的外科手术时，应保护胼胝体等核心白质纤维束来保护病人的脑网络连接。我们也在思考，在经胼胝体入路时，部分切开胼胝体是如何影响脑网络呢？

结合一例病例分析部分切开胼胝体对脑网络的影响：27岁的女性，术前影像考虑是中枢神经细胞瘤，我们做了肿瘤的手术切除，术后随访中，病人主诉注意力差，最近随访时她主诉注意力难以集中。

我们做了分析，最上面这排图显示肿瘤切除很好，很彻底；下面这排图为正常被试的半球间功能连接，颜色红的部分表示半球间的连接比较强；中间这排图，特别是右面画圈的部分，在部分切开胼胝体后，背内侧额叶、丘脑等半球间功能连接下降。

部分切开胼胝体影响了注意网络的半球间功能连接，已经有研究将大脑分为7个网络，其中不同的颜色代表不同的脑网络，比如视觉网络、感觉运动网络、注意包括背侧、腹侧注意网络等等。我们发现部分切开胼胝体后，半球间功能连接下降的脑区主要位于注意网络，这正好和病人的主诉是一致的。当然，这是非常粗浅和很少例子，但是我们现在还在进行进一步的研究。

第四部分 利用脑肿瘤的模型从脑网络导面探索脑功能

利用听神经瘤模型，探索长期单耳听力对大脑的影响，利用肿瘤模型去探讨脑功能，这就回到我最开始的观点，我们在治疗疾病的时候，一定要充分利用疾病给我们提供的模型，比如我们最近一项研究，听神经瘤病人只有一侧听力，我们思考长期单耳听力对大脑处理听觉信息的工作模式产生怎么样的影响。

研究方法：镜像同伦功能连接分析 结果1：单耳听力的VMHC模式和正常被试的基本一致，靠近中线的同源脑区间的功能连接比较强。

第一横排是右侧听神经瘤的病人，需要长期用左耳去听取信息；最下边这横排是正常人，双侧都有听力；中间这横排是左侧听神经瘤病人，只有右耳有听力。在单耳听力时，双侧半球的颞叶听觉皮层之间的功能连接就比较强，相反，双耳听力的正常人就比较弱（第二排）。

结果2：VMHC模式的组间比较结果，只有在长期左耳听力时，听觉皮层的半球间的功能连接显著增强。

我们知道听觉上行传导纤维能形成外侧丘系进而大部分交叉至对侧听觉皮层。在单纯左耳听力时，左耳传入的听觉信息通过上行传导纤维主要交叉输入到右脑。由于左脑能加工语言，为“优势脑”，右脑听觉皮层处理后的听觉信息可能需要进一步通过胼胝体传递到左脑进行加工。这也间接证明“右耳优势”的存在。这是我们最近在《Neuroscience》上发表的文章来阐述这个问题。

总结

脑网络研究为理解脑肿瘤病人高级认知功能改变的机制提供了新的视角；我们外科手术肿瘤切除过程中，可能会对脑网络产生新的影响；利用肿瘤模型从脑网络层面探讨大脑的代偿和失代偿机制。

演讲者简介

余新光，教授，我国著名神经外科专家，解放军总医院神经外科主任，主任医师、博士生导师，学术任职包括全军神经外科委员会主任委员、中国神经科学学会神经肿瘤分会副主任委员、中国医师协会神经外科医师分会副会长、中国医师协会脑胶质瘤分会副会长、中央军委保健委员会委员、《中国临床神经外科杂志》副总编、《Chinese Neurosurgical Journal》编委、国家自然科学基金项目、中华医学科技奖评审专家等。主持军队重大课题、国家自然科学基金等10余项课题，以第一或通讯作者发表核心论文100余篇，SCI论文30余篇（多篇在专业顶级刊物Neurosurgery, Spine等）。曾获得第五界中国医师奖，第十七届美国赛克勒中国医师奖、第八届吴-杨奖，2012年度王忠诚神经外科医师学术成就奖，2014年被中央军委评为全军保健工作先进个人。

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