Eur J Neurol：刘晨/王健团队解析脊髓小脑共济失调中神经调节、控制反馈新理论_

最优反馈控制理论描述了控制反馈系统(optimal feedback control theory，OFC)如何结合多种信息来预测运动状态，并持续调整控制信号。一种理论认为小脑在此系统中扮演“Kalman增益”生成器的角色，通过接收实际运动状态信息并映射到控制回路中，以实现运动规划和控制的反馈调节。该系统包括大脑-小脑环路，即由大脑皮层-脑桥-小脑皮层通路(cortico-pontine-cerebellar tract, CPC)以及小脑皮层-丘脑-大脑皮层通路（cerebellar-thalamo-cortical tract, CTC）构成的远距离神经环路，这一环路在运动控制中起关键作用。该环路通过小脑预测运动状态，并发出兴奋或抑制信号调节大脑运动相关皮层。

脊髓小脑共济失调3型 (Spinocerebellar ataxia type 3，SCA3)是一种罕见的常染色体显性遗传神经退行性疾病，病变主要累及患者小脑-新纹状体-前额叶皮层区域，从而导致严重运动功能障碍等临床症状。前期研究指出SCA3患者存在大脑-小脑环路状态失衡，但尚未明确这种失衡是否遵循最优反馈控制理论。

2024年6月24日，European Journal of Neurology在线刊出了陆军军医大学第一附属医院刘晨副教授、王健教授课题组的研究论文“Imbalanced optimal feedback motor control system in spinocerebellar ataxia type 3”。该研究揭示了SCA3患者大脑-小脑环路失衡与运动障碍之间的联系。

在局部脑区结构连通性分析中，该研究发现SCA3患者主要损伤了自小脑到丘脑的CTC通路，而对CPC通路则没有显著的影响。而在概率性神经纤维追踪中，则发现一条显著增强的从顶叶、皮层运动区，通过脑桥延申到小脑的神经通路，即CPC通路。这一结果表明CTC和CPC通路可能构成了内部紧密相关的平衡系统，当一部分发生损伤时，则另外一部分也会产生紊乱状态。

图1. SCA3患者与对照组各向异性分数的比较

图2. SCA3 患者与对照组小脑种子点的概率纤维示踪图比较

该研究还发现，小脑与大脑之间的结构连接与SCA3疾病症状（包括运动功能障碍）之间存在高度负相关，即皮层-小脑连接的增强伴随着加重的临床症状。以前的研究证实，顶叶含有投射到小脑的神经元，顶叶-小脑回路参与视觉-运动协调。顶叶外侧的A5区和感觉运动区都包含在与运动功能障碍显著相关的区域内，这两个区在最优反馈控制系统中至关重要，干预这些区域会导致运动调节的错误。该研究的结果表明，作为最优反馈控制系统的控制器，顶叶外侧的A5区和感觉运动区的神经元活动失去了平衡状态，从而导致特定运动控制通路的增强。

图3. 从小脑追踪的概率纤维束示踪图与SCA3患者的量表评分显著相关

总之，作者通过采用基于纤维束示踪的空间统计分析和概率纤维束分析方法来研究SCA3患者的大脑-小脑环路，发现SCA3特定的大脑皮层-脑桥-小脑皮层通路增强，小脑皮层-丘脑-大脑皮层通路减弱，而相应区域的白质结构受损。表明SCA3患者小脑皮层-丘脑-大脑皮层通路中的白质结构受损，从而反馈给大脑皮层的抑制信号减少，增强了运动控制信号通路。证实SCA3患者大脑-小脑环路状态失衡，并遵循最优反馈控制理论。并进一步地验证了该系统在远距离神经通路上存在一个平衡状态。

图4 新皮质-小脑环路示意图及SCA3的新皮质-小脑环路预测模式

该工作的第一作者为李雷年、陈辉及邓利华博士，通讯作者为陆军军医大学第一附属医院放射科刘晨副教授和王健教授。黄永华硕士，张雨涵博士，罗玥媛硕士，欧沛灵硕士，石琳峰硕士及陈华富教授等参与了此工作。陆军军医大学第一附属医院放射科7T磁共振转化医学中心为第一通讯和完成单位。该工作受到国家自然科学基金项目（82071910,81601478）和重庆市中青年医学高端人才工作室（精准影像与智能诊断）的资助。