截肢除了造成终身残疾以外,还会造成患者术后外周不适的长期困扰,包括幻肢感、幻肢痛、残肢感、残肢痛。影像学研究表明,外周传入神经的阻断将引起高级中枢区域的功能活动异常,呈现出大脑的可塑性改变;而大脑可塑性往往起源于微观神经结构的生理或代谢改变。目前,针对截肢患者的神经代谢研究还非常少,截肢引发的异常感觉与疼痛背后的神经生理学机制也有待研究。本课题采用磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)技术对两个重要的感觉传导与处理中枢——丘脑与第二躯体感觉皮层(secondary somatosensory cortex,SⅡ),进行代谢物成分与浓度分析,并结合患者的各项感觉与运动功能评分,从神经代谢角度探究截肢对大脑造成的可塑性改变。首先,通过对比截肢患者与正常人的神经代谢物浓度,发现截肢主要在对侧丘脑与SⅡ脑区引起胆碱(choline-containing compounds,Cho)与N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)浓度的降低,表明截肢后这些区域的神经元细胞数量减少、活性减弱、以及功能受损。其次,患者群体内部代谢水平的差异与残肢或幻肢上的感觉及疼痛强度紧密相关,表明外周的异常感觉可以反映或调控大脑的退化以及重塑过程。主要表现为:(1)无幻肢感或残肢感的患者均呈现出更严重的Cho或NAA水平下降,说明幻肢感与残肢感的存在反映了大脑结构与功能的较完整保留,并可能在一定程度上抵御截肢所导致的神经系统退化;(2)存在残肢痛的患者呈现出更显著的SⅡ区域Cho及NAA水平下降,表明残肢痛与大脑感觉皮层损伤有关;(3)幻肢痛与残肢痛的强度与多种因素显著相关,包括残肢长度、残肢使用度、SⅡ的NAA水平等,表明截肢引发的疼痛受到多种因素调控,包括残肢使用程度主导的运动通路上的调控,以及皮层损伤程度主导的代谢水平上的调控。由此建议,增加残肢的使用与锻炼可有效缓解截肢患者的外周疼痛,并促进中枢神经系统的结构功能修复。本文采用MRS技术,并创新地结合外周感觉评分与残肢运动评分,全面考察了截肢后大脑重塑与异常感觉背后的神经代谢机制,为大脑的可塑性研究提供了有价值的生理学依据。