神经可塑性是指中枢神经系统应对内部和外部环境变化的一种自适应机制，是生长发育、新知识/技能学习以及脑损伤后各种功能障碍康复的核心神经机制之一。
脑胶质瘤是起源于神经胶质细胞的肿瘤，是颅内最为常见的恶性肿瘤。手术切除治疗是脑胶质瘤患者目前最主要的治疗方式。最大程度切除肿瘤的同时保护语言和运动等功能不受损有助于降低肿瘤复发的概率，增加患者术后的生存期和生活质量。与脑卒中等急性脑损伤不同，脑胶质瘤生长通常为亚急性或慢性，其病理过程触发的重塑在一定程度上可以减缓语言等认知或行为功能障碍的发生。借助先进的脑成像技术和脑连接组学方法，揭示脑胶质瘤生长与脑网络重组及大脑功能重塑的动态交互过程，具有重要的理论和临床价值：一方面，有助于认识语言和运动等认知和行为的脑网络机制及其神经可塑性；另一方面，对术前手术方案的设定、术前和术后预后临床管理以及神经功能康复具有重要的指导价值。
华南师范大学脑科学与康复医学研究院的原彬科特聘副研究员前期发现静息状态下的语言网络表现出范畴分离特性，进而提出了动态元语言网络模型（Yuan et al., 2023, NeuroImage）。基于该模型，原彬科特聘副研究员与复旦大学附属华山医院神经外科吴劲松教授团队以及郑州大学第一附属医院阎静副主任医师团队合作，研究了大脑语言区胶质瘤患者语言网络在静息状态下的动态重组模式和规律，及其与患者失语程度的联系。
本研究采集了83名大脑语言区胶质瘤患者和52名健康对照组的静息态功能磁共振数据。基于汉语失语成套测验，按照临床失语症标准（失语熵小于93.8），将患者分为失语组和非失语组（图1）。基于动态条件相关方法，逐帧构建了每名被试每个时刻的语言网络连接模式，然后基于K均值聚类方法，考察在时间上可重复出现的动态语言网络模式。
图1 失语组和非失语组患者的病灶分布、肿瘤体积和语言成绩分布
图2 静息状态下语言网络动态重组的四种模式。WAp是非失语患者，Ap是失语症患者
结果发现，脑胶质瘤患者和对照组在静息状态的语言网络的动态重组模式均为四种（图2）。前三个状态核心节点的分布分别与语音感知及加工、运动性言语产出以及语义加工的脑神经机制高度重合，而第四种状态均为弱连接状态。这些结果表明，脑胶质瘤患者的语言网络也存在动态元语言网络模式（图3）。
图3 前三个状态核心节点分布与基于术语的元分析激活结果的比较
相比于对照组，患者组的四个状态的连接强度均出现了显著降低。并且随着患者失语程度的加重，四个状态的失连接程度也更为严重（图4）。
图4 与非失语组患者相比，失语组患者颞上回和颞中回的节点连接强度显著降低
以四个状态的连接模式作为特征，基于机器学习算法，发现患者语言网络的动态连接模式能够非常好地预测患者的失语程度（图5）。
图5 患者的动态语言网络连接模式可以显著预测其失语程度
上述结果表明，语言网络的动态重组模式反应了其语言功能代偿程度。患者语言网络的动态重组模式与动态元语言网络模式越相似，表明患者的语言网络重组越充分，其语言功能代偿得越好。反之，语言网络的动态重组模式与动态元语言网络模式差别越大，表明其语言网络重组越不充分，语言功能代偿程度越低，失语程度越高。
本研究揭示了肿瘤生长和语言网络重组之间的动态交互过程，是动态元语言网络模型（Yuan et al., 2023, NeuroImage）在临床神经外科的成功运用。本研究于2023年4月1日刊发于Cerebral Cortex。
华南师范大学脑科学与康复医学研究院原彬科特聘副研究员为本研究的第一作者，香港大学谢慧博士和复旦大学附属华山医院龚方源博士为本研究的共同第一作者。复旦大学附属华山医院吴劲松教授、郑州大学第一附属医院阎静副主任医师和辽宁师范大学刘东强副教授为本研究的通讯作者。
本研究受国家社科基金重大项目（20&ZD296）、广东省重点领域研发计划（2019B030335001）、国家自然科学基金（32100889, 82001794, 81401395, 82102149）、上海市科技重大专项（2018SHZDZX01）和上海申康医院发展中心（SHDC12018114）等项目的资助。
Yuan Binke, Xie Hui, Wang Zhihao, Xu Yangwen, Zhang Hanqing, Liu Jiaxuan, Chen Lifeng, Li Chaoqun, Tan Shiyao, Lin Zonghui, Hu Xin, Gu Tianyi, Lu Junfeng, Liu Dongqiang*, Wu Jinsong. The domain-separation language network dynamics in resting state support its flexible functional segregation and integration during language and speech processing. Neuroimage, NeuroImage (2023): 120132.
Yuan, Binke, Hui Xie, Fangyuan Gong, Nan Zhang, Yangwen Xu, Hanqing Zhang, Jiaxuan Liu et al. Dynamic network reorganization underlying neuroplasticity: the deficits-severity-related language network dynamics in patients with left hemispheric gliomas involving language network. Cerebral Cortex (2023): bhad113.