脑损伤与病变的网络后果

从“局部损伤”到“网络损伤”

传统神经心理学按损伤部位推断功能缺损，但临床上常见远离损伤部位的功能改变（远隔效应，diaschisis）。网络观点把局灶损伤看作对连接组的“删点”，其后果取决于被删节点在网络中的位置。脑网络的构建与枢纽、富人俱乐部见拓扑指标：小世界、模块、枢纽与富人俱乐部。

虚拟损伤与模拟攻击

• Achard 等（2006，Journal of Neuroscience）在静息态 fMRI 构建的 90 区功能网络上做模拟攻击：网络对针对枢纽的攻击比同等的无标度网络更有韧性，对随机失效的韧性与之相当。
• Honey 与 Sporns（2008，Human Brain Mapping）以及 Alstott、Breakspear、Hagmann、Cammoun 与 Sporns（2009，PLoS Computational Biology）把损伤放进动力学模型：在人脑结构连接组上模拟静息态活动，比较损伤前后的功能连接。Alstott 等发现损伤会改变远处脑区之间的功能连接，常常波及两侧半球；沿皮层中线和颞顶联合区附近的损伤引起大范围改变，初级感觉或运动区的损伤影响则较局限；影响大小部分可由损伤部位的结构网络指标预测。
• Crossley 等（2014，Brain）在 56 名健康人的弥散张量成像网络上表明，靶向枢纽的计算攻击比随机攻击更大幅度降低网络效率；再对涵盖 26 种脑疾病、超过 2 万名受试者的 MRI 荟萃分析病灶图进行比较，发现跨疾病共有的灰质病变更可能位于正常连接组的枢纽，其中 9 种疾病（包括精神分裂症和阿尔茨海默病）单独达到显著。

病人数据：不是所有“枢纽”都一样

• Gratton、Nomura、Pérez 与 D’Esposito（2012，Journal of Cognitive Neuroscience）用局灶损伤病人的静息态 fMRI 发现：只有损伤负责子网络之间通信的“连接者”区域（高参与系数）才会降低全脑模块度，模块内“枢纽”的损伤则不会；而且这种网络紊乱延伸到结构上完好的对侧半球。
• Warren 等（2014，PNAS）追踪 30 名局灶损伤病人的长期认知结局：19 人损伤位于按系统密度和参与系数定义的“目标枢纽”，11 人损伤位于按度中心性定义的“对照枢纽”。前者出现严重而广泛的认知缺损，后者的缺损较局限。

这些研究共同提示：在脑网络中，高度（尤其是功能相关网络中的度，受子网络大小影响）不一定是损伤后果的最佳预测指标，跨模块整合的位置（连接者、参与系数）可能更关键。本页代码用一个模块化随机网络演示了这一点：删除 6 个连接者使全局效率下降明显多于删除 6 个模块内枢纽或随机节点，同时模块度反而升高（模块变得更孤立）。