作者：贾金金，青海大学医学院；贾静，严兴科，甘肃中医药大学；孙燕，兰州普瑞眼视光医院
上世纪60 年代，HUBEL 和WIESEL 两位学者对弱视猫模型进行了神经电生理机制的研究，创新性提出“视皮层是弱视主要受损部位”的观点。自此，对弱视脑功能机制研究不断深入，发现其不仅是视皮层功能受损，从视皮层延伸至额、顶叶等高级认知功能脑区均发生不同程度的改变。
随着神经影像学技术的发展，不同模态的磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）技术也被应用到弱视的脑功能机制研究中，包括
1. 弱视脑功能机制的sMRI 研究
sMRI 利用MRI 获取高分辨率解剖图像，用于观察大脑灰质、白质和脑脊液的分布，提供大脑结构的静态信息。其中，基于体素的形态学测量（voxel-based morphometry, VBM）和表面的形态学测量（surface-based morphometry, SBM）技术揭示了弱视患者脑灰质体积（gray matter volume, GMV）及皮层厚度的改变。
1.1 VBM 的脑灰质体积研究
VBM以体素为单位对脑结构分割处理，进一步量化分析脑GMV或密度，以识别脑部细微的形态学改变。研究显示，弱视患者外侧膝状体（lateral geniculate body, LGN）的GMV和密度较正常对照显著减少。作为视觉传导通路的第三级神经元，LGN是视觉信息传递与精细化加工的关键枢纽。SU等的研究结果发现SA患者右颞上回、小脑前叶和后叶、双侧海马旁回和左前扣带回皮层平均GMV显著减少，且与患者斜视程度呈负相关，提示这些脑区体积的减少可能是SA 患者
XIAO等研究发现，SA和AA儿童除双侧距状皮层外，左侧梭状回、颞下回及额中回的GMV 亦较正常对照减少，这些脑区作为腹侧视觉通路的核心组成部分，主要负责对物体的特征识别。另有研究显示，单眼弱视患者与空间视觉相关脑区的GMV减少，这为弱视患者
1.2 SBM 的皮层厚度研究
较VBM技术而言，SBM更侧重量化大脑皮层表面的几何特征，如皮层厚度、曲率参数及表面积等。LIANG等发现成人AA患者双侧V1 区皮质厚度减少、平均曲率增加，且双侧V1 区皮质厚度与屈光参差程度呈负相关，此外，左侧V2、腹侧V3、V4 和颞中区（MT/V5）皮层厚度也薄于正常对照，这为高级视皮层厚度的异常提供证据。然而，另一项 SBM 研究显示，AA儿童双侧楔叶和左侧舌回皮质厚度较正常对照明显增加，且皮层厚度的改变与弱视眼
楔叶和舌回位于枕叶内侧，负责对V1 区视觉信息进一步整合和处理，该增厚现象在成人AA患者中未观察到，但类似弱视患儿视皮层增厚现象在盲人视皮层研究中存在。研究表明皮质变薄是儿童和青少年大脑发育的形态学特征，其中又以枕叶、颞叶和额叶表现的最为明显，弱视儿童在视觉发育关键期内的异常视觉经验可能干扰了视皮层突触修剪及冗余神经元凋亡的正常进程，导致皮质减薄受阻。此外，李亚东等发现AA儿童在额、顶、颞叶的皮层厚度和折叠模式亦存在异常。
针对SA儿童的脑结构研究显示，患者在左顶内沟、顶枕沟、颞上/中回及右腹前运动皮质、前岛叶等脑区皮质厚度减少，这些脑区与背侧视觉通路相关脑区分布较一致。郑丽琴也发现SA患者枕中回的结构损害程度明显高于AA组，而枕中回是背侧通路处理视觉空间信息的关键脑区，结合SA儿童的立体视功能的缺陷，提示背侧视觉通路可能是SA患者特异性损伤的靶点。以上基于VBM和SBM的研究表明，弱视患者脑灰质体积及皮层厚度的改变主要集中于枕叶视觉皮层以及与腹侧、背侧视觉通路相关的脑区。而弱视患者枕叶视皮层皮质厚度研究结果的差异可能与受试者的年龄有关。
2. 弱视脑功能机制的BOLD-fMRI 研究
基于血氧水平依赖（blood oxygenation leveldependent，BOLD）的任务态fMRI（task-based fMRI,tb-fMRI）与静息态fMRI（resting-state fMRI, rs-fMRI）通过捕捉神经血管耦合机制下血氧代谢的动态变化，无创反映局部脑区功能活动及功能连接等改变，已成为弱视患者脑功能机制研究的核心工具。
2.1 tb-fMRI 的局部脑区活动研究
tb-fMRI 在BOLD 信号采集过程中给予受试者特定的任务刺激后，观察大脑激活情况，以即时反映大脑的功能活动。目前基于tb-fMRI 对弱视患者脑功能的研究多以棋盘格任务或正弦光栅刺激作为实验范式。有研究利用棋盘格对AA和SA患者进行视觉刺激实验，发现弱视组的纹状皮层（V1 区）和纹外皮层区激活水平低于正常视力组，其中AA 儿童V1 区激活减少更显著，而SA儿童双侧纹状外皮层激活减少更明显。
GUPTA等同样发现使用弱视眼观察棋盘格任务时，患者枕叶视觉区激活减少，经治疗后双侧枕叶纹状区和纹外区活动增强。基于正弦光栅刺激的tb-fMRI 研究也得到类似视觉皮层激活减少的结果。此外，研究显示弱视患者在执行视觉任务时LGN激活降低，结合其结构的改变，表明该核团可能在弱视脑功能机制中起关键作用。
基于tb-fMRI 的研究表明弱视患者存在视皮层功能的抑制。但因设备要求、受试者配合度等要求，近年tb-fMRI 在弱视脑功能研究中逐渐减少，尤其在儿童群体中常因配合问题导致实验中断。
2.2 rs-fMRI 的局部脑活动和功能连接研究
相较于tb-fMRI，rs-fMRI 具有简便、易实施的优点，其通过捕捉静息状态下BOLD信号的低频振荡相位，可显示弱视患者局部脑区活动、脑区间功能连接及脑功能网络的改变。
2.2.1 rs-fMRI 的局部脑区活动研究
低频振幅（amplitudeo flow frequency fluctuation,ALFF）和局部一致性（regional homogeneity, ReHo）是弱视脑功能研究中量化局部脑区神经元活动的两种常用方法。ALFF 通过测量静息状态下0.01~0.08 Hz频段BOLD自发信号波动强度来反映脑区的功能活动。CHEN等在研究中发现成人弱视患者角回、小脑、颞中回和扣带回的ALFF 值降低，其中小脑的自发性功能活动减弱与视力缺陷相关，而颞中回自发性功能活动与立体视缺陷相关。
骆瑶则在研究中表明AA儿童组左侧额下回眶部和中央前回、右侧颞下回、枕上回、梭状回和丘脑以及双侧楔前叶等脑区ALFF 值降低，这些脑区与腹侧视觉通路存在密切联系。MA等同样在研究中发现AA儿童腹侧视觉通路内局部脑区的ALFF 值降低。ZHANG等发现单眼弱视儿童在与视觉、感觉、运动和注意控制等功能有关的10 个脑区存在不同程度的ALFF 的改变。
SA患者同样存在额叶、楔叶及小脑等视觉和运动相关脑区功能活动的异常，提示其在控制眼球运动、调节视觉融合功能和维持视觉稳态等方面存在功能障碍。ReHo 通过计算静息态下大脑局部区域与其邻近脑区体素之间BOLD 信号的一致性，来反映局部脑区神经元活动的同步性。研究发现AA 患者右楔前叶、左内侧前额叶、左额下回及左小脑的ReHo值降低，提示视觉运动处理能力下降，而双侧中央后回和前回结合区、左中央旁小叶、左颞上回、左梭状回等脑区的ReHo 值升高，表明躯体感觉皮层、运动区及听觉区存在功能活动的代偿。
TAN 等在研究发现SA儿童右侧小脑、左额上回及左壳核的平均ReHo 值降低，在右舌回、双侧顶上小叶及右顶下小叶等脑区的ReHo 值升高，提示SA 患者存在眼位不正、双眼运动协调性障碍及多模态感觉整合的代偿。SHAO等的发现成人AA患者在舌回、枕中回、楔前叶等枕叶脑区ReHo 值升高，而YANG等则发现成人SA 患者舌回、楔叶、枕上回ReHo 值降低，推测弱视的类型、病程及严重程度可能影响研究结果。
2.2.2 rs-fMRI 的脑区间功能连接研究
rs-fMRI技术衍生的功能连接（functional connectivity,FC）、功能连接密度（functional connectivity density,FCD）及基于体素镜像同伦连接（voxel-mirrored homotopic connectivity, VMHC）等一系列分析方法，可描述弱视患者静息状态下脑区间的功能连接与网络属性。DING 等研究发现，AA 与混合性弱视儿童双侧V1 区与下顶叶-角回的交汇处及小脑的FC 值显著降低；DAI 等表明，左眼AA 儿童的双侧V1 区与右角回、额中回连接减弱，成人AA研究亦显示双侧V1 与额中回有效连接降低；LIU等发现成人SA患者V1 区与双侧角回、舌回的FC值降低。角回与额中回作为联合皮层，均参与多模态信息整合及感觉认知功能中的注意调控。以上研究结果均显示弱视患者V1区和其他脑区之间FC的改变。
WANG等通过计算大脑短程（区域内）和长程（区域间）FCD图谱，发现AA儿童左颞下/梭状回、前外侧前额叶皮层和顶枕皮层的短程FCD降低，表明其背侧视觉通路存在区域内连接受损。另一项FCD研究显示SA儿童小脑、额叶、丘脑等脑区长短程FC均发生显著变化，涉及视觉、认知及情绪功能。
叶玉娟等发现AA 儿童腹侧视觉通路内枕颞叶功能连接升高，这可能是视觉输入不足的功能代偿结果。此外，LIANG 等采用VMHC 方法发现，AA 和SA患者舌回半球间同步性显著增强且与患者的立体视锐度呈正相关，AA患者梭状回VMHC增强幅度更高且与屈光参差程度呈正相关，提示AA和SA患者高级视觉脑区半球间协调功能受损，而不同类型弱视存在半球间FC 机制差异。以上研究均表明弱视患者高级视觉脑区间FC的变化情况。
2.2.3 rs-fMRI 的脑功能网络研究
除视觉相关脑区FC改变外，弱视患者高级脑功能网络连接亦存在异常。
综上，基于rs-fMRI 的研究表明，弱视脑功能的改变不仅涉及视觉皮层和背腹侧视觉通路，还累及默认网络、突显网络等高级脑功能网络；其损伤并非局限于多个脑区的单独改变，还表现为脑区间FC的异常。这种脑功能活动及连接的变化，可能是弱视患者视功能损害及高级认知功能异常的病理基础。
3. 弱视脑功能机制的dMRI 研究
dMRI 是一种利用水分子扩散特性成像的MRI技术。目前评估弱视患者脑白质纤维束结构及其完整性的主要方法有扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）和扩散光谱成像（diffusion spectrum imaging, DSI）。
3.1 DTI 的脑白质研究
DTI通过捕捉不同方向水分子扩散的方向与速率获取常用参数，包括各向异性分数（fractionl anisotropy, FA）和平均弥散度（mean diffusivity, MD）。其中，FA用于衡量水分子扩散的各向异性程度，该值越大表明白质纤维方向性越显著；MD反映整体扩散率，该值越大说明水分子扩散越活跃。FA 减少或MD增加提示脑白质纤维组织减少、髓鞘形成不足或结构退化。
ALLEN 等对比AA、SA 患者与正常对照组的前视觉通路白质微观结构，发现两种类型弱视患者视神经与视束的FA均显著低于对照组，提示其结构完整性降低，且AA 患者的前视觉通路结构异常较SA 更严重。GÜMÜSTAS 等发现单眼弱视患者视觉通路的前交叉区FA降低，而双眼弱视组视神经交叉区FA与正常对照组无差异，推测可能与单眼弱视的双眼视网膜输入差异有关。
宋海燕等通过DTI和弥散张量束成像发现，弱视患者视辐射（optic radiation，OR）的FA值和体素数较对照组显著降低，这与LIANG的研究结果一致。ALLEN等发现弱视患者OR 的MD 明显增加，提示其OR 轴突密度降低。XIE 等的研究结果则显示，弱视儿童与正常对照组OR 的平均FA 值无明显差异，且两组均存在左高于右的FA 不对称性，但正常对照组后OR 的体素高于弱视组，表明正常儿童的OR发育更好。
LI 等研究发现，AA 患者左下纵束（inferior longitudinal fasciculus, ILF）、右上纵束（superior longitudinal fasciculus, SLF）和左额枕下束（inferiorfronto-occipital fasciculus, IFOF）的FA 值显著降低，且与视力呈正相关。ILF 作为腹侧通路核心纤维束连接枕叶与颞前皮层，SLF 作为背侧通路枢纽整合额-顶-枕-颞叶，其结构损伤提示腹背侧视觉通路信息传递的异常。
DUAN 等同样表明，SA 患者ILF的MD 异常升高，右侧枕骨垂直束（vertical occipitalfasciculus, VOF）亦出现类似改变。VOF 作为连接背腹侧视觉通路的关键纤维桥，其完整性破坏可能是造成SA患者视觉整合功能缺损的重要原因。
3.2 DSI 的结构网络研究
DSI 是dMRI 技术的扩展，其在传统dMRI 基础上能更精确地描述水分子在各个方向上的扩散分布，提供更详细的组织微观结构信息，尤其在追踪复杂纤维束时更具有优势，弥补了传统DTI 的不足。TSAI 等运用DSI 发现，弱视成人患者关联纤维的左弓状束、左额叶斜束、左穹窿及IFOF、听觉神经的左侧丘脑辐射及跨半球连接纤维（胼胝体膝回和颞中回纤维）的广义FA 均显著低于正常对照，表明弱视相关白质损伤不仅局限于视觉相关通路，还累及视听整合及手眼协调相关纤维束，为弱视患者的高级认知功能异常提供了解剖学依据。
综合DTI 和DSI 的研究发现，弱视患者脑白质微结构的损伤呈现出沿视觉信息传导的层级化累及特征，影响整个视觉神经通路的完整性。损伤首先波及视神经与视束（视网膜至中枢的初级通道），其结构的异常可直接导致视觉信息传递效率下降；继而累及视交叉纤维，干扰了双眼视觉信号的协同处理；更通过OR纤维束向高级视觉中枢延伸，影响背侧与腹侧视觉通路的纤维网络。
4. 弱视脑功能机制的MRS研究
MRS 是利用磁共振现象和化学位移作用对体内特定原子核及其化合物定量分析的无创性检查技术，主要用于检测特定区域的化学成分和代谢状态。γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）作为中枢神经系统中主要的抑制性神经递质，与视觉系统内兴奋性神经递质保持平衡对抗的关系，在视觉皮质可塑性中发挥关键作用，弱视的视觉缺陷可能源于初级视觉皮层中GABA的异常抑制。
MUKERJI 等利用MRS 发现，AA 弱视患者的双眼视力差异与视觉皮层中GABA 浓度呈负相关，且双眼间抑制与视觉皮层GABA水平的关系存在差异：视觉皮层中GABA 水平与弱视眼对健眼的感知抑制呈正相关，而与健眼对弱视眼的抑制呈负相关。另有研究发现弱视程度越深，视觉皮层GABA 水平越低，提示严重弱视患者的视觉皮层因GABA 水平降低导致弱视眼对健眼的抑制作用减弱，从而破坏双眼之间的平衡。
心理物理学研究也证实，弱视眼的抑制作用弱于健眼，而健眼的抑制能力与正常视力者相当。因此，通过提升视觉皮层内GABA 水平来增强弱视眼对健眼的抑制能力，可能成为未来治疗研究的热点。此外，KONUS 等研究发现AA儿童枕叶皮层中N-乙酰天冬氨酸/肌酸比值低于正常受试者（N-乙酰天冬氨酸作为神经元完整性标志物，其降低提示神经元丢失或功能障碍），但因样本量较小上述研究结果差异未具有统计学意义。
综上，MRS 研究提示弱视患者视皮层内存在代谢异常，研究认为人脑代谢产物的改变常早于结构变化，但目前关于弱视MRS 的研究有限，但随着对弱视脑功能探索的深入，MRS 有望对弱视的发病机制提供更多依据。
5. 弱视脑功能机制的脑血流灌注研究
ASL 是MRI 中用于评估组织血流灌注的功能成像技术，其核心原理是利用动脉血中的水分子作为内源性示踪剂，通过标记动脉血中的氢质子来测量脑血流量。与使用外源性对比剂的传统灌注加权成像（perfusion-weighted imaging, PWI）不同，ASL 完全无创且无需注射对比剂。
王依格利用ASL 技术评估成人弱视患者脑血流动力学发现，与对照组相比，弱视组基底节尾状核及伏隔核平均脑血流量升高、右侧尾状核腹侧脑血容量升高，提示弱视患者基底核区脑血流灌注发生代偿性改变。此外，研究还发现弱视组枕中回、枕下回、岛叶等脑区的动脉通过时间降低，这反映其血流量下降，提示视觉、默认网络等功能区的神经活动可能受损。ASL 技术通过动态观察脑血流灌注为弱视研究提供新视角，有望突破传统临床评估的局限性，值得进一步研究。
来源：贾金金,贾静,孙燕,等.弱视患者脑功能改变的多模态MRI研究进展[J].磁共振成像,2025,16(07):117-123.
我要投稿
