本文为英国纽卡斯尔大学医学科学学院转化与临床研究所Julia Schumacher教授一作兼通讯作者发表于Brain的工作，题为 “Cholinergic white matter pathways in dementia with Lewy bodies and Alzheimer’s disease”。DOI：10.1093/brain/awab372。

Abstract

路易体痴呆与阿尔茨海默病患者早期即可出现Meynert基底核胆碱能神经元退行性改变。然而，神经退行性疾病中Meynert基底核与皮层间白质投射的具体变化机制尚不明确。

本研究对46例阿尔茨海默病痴呆患者、48例路易体痴呆患者、35例阿尔茨海默病轻度认知障碍患者、38例路易体痴呆轻度认知障碍患者及71名对照参与者进行弥散加权成像，追踪源自Meynert基底核的白质通路。通过比较各组间白质通路的平均扩散率，分析其与认知功能、注意力、功能性脑电图变化及轻度认知障碍向痴呆转化的相关性。研究成功追踪到Meynert基底核的内侧与外侧通路。所有痴呆及轻度认知障碍组的外侧通路平均扩散率均高于对照组（P值均<0.03）。患者组中，该通路平均扩散率的升高与整体认知功能下降（β=-0.22, P=0.06）及注意力任务表现恶化（β=0.30, P=0.03）相关。在轻度认知障碍患者中，两条Meynert基底核通路的完整性丧失均与痴呆转化风险增加显著相关[风险比（95%置信区间）：内侧通路2.51（1.24-5.09）；外侧通路2.54（1.24-5.19）]。所有临床组的Meynert基底核体积均较对照组缩小（P值均<0.001），但其对认知损伤的解释力较弱，且与注意力损害及痴呆转化无显著关联。患者组脑电图主导频率减慢所提示的脑电活动减缓，与Meynert基底核体积缩小（β=0.22, P=0.02）及外侧通路平均弥散度升高（β=-0.47, P=0.003）相关。

本研究表明，阿尔茨海默病与路易体痴呆中Meynert基底核胆碱能神经元的退变，伴随源自该结构的白质投射通路完整性早期受损。相较于Meynert基底核体积改变，白质通路的完整性下降与认知及注意力损害关联更密切，可能成为预测轻度认知障碍患者痴呆转化风险的早期生物学标志。

Keywords: nucleus basalis of Meynert; basal forebrain; mild cognitive impairment; diffusion-weighted imaging; probabilistic tractography

Introduction

路易体痴呆（DLB）与阿尔茨海默病均以显著胆碱能缺陷为特征。既往针对此类疾病胆碱能系统的体内研究，主要关注于Meynert基底核（NBM）的体积变化——这是一个位于基底前脑、向皮层投射且以胆碱能神经元为主的核团。相较于健康对照，阿尔茨海默病与DLB患者的NBM体积明显缩小，此现象在轻度认知障碍（MCI）阶段已出现，并与整体认知功能下降及注意力任务表现受损相关。此外，胆碱能系统与路易体病的核心症状（视幻觉及认知波动）密切相关。因此，胆碱酯酶抑制剂作为胆碱能干预手段，已成为DLB与阿尔茨海默病对症治疗的基石。

既往研究显示，NBM向皮层的胆碱能投射通过分离且有序的纤维束进行传递。目前已识别出两条源自NBM投射至不同皮层区域的主要白质通路：内侧通路经扣带束延伸至扣带回、压后皮层及胼胝体下皮层；外侧通路经外囊和钩束支配岛叶以及额叶、顶叶和颞叶皮层。近期研究表明，在正常衰老过程中，这些NBM白质通路的微观结构完整性可能比NBM体积对认知健康的贡献更为显著。然而，这些通路是否在DLB、阿尔茨海默病等神经退行性疾病中同样发挥作用，目前尚不明确。

此外，我们近期的研究证实NBM体积改变与脑电功能变化相关，即痴呆与MCI患者中常见的静息态脑电节律减慢与NBM体积萎缩具有关联性；但NBM白质投射通路在此过程中的作用尚未被探讨。

因此，本研究旨在利用弥散加权成像数据，比较阿尔茨海默病痴呆、DLB患者与年龄匹配的无痴呆对照者之间NBM通路的微观结构完整性。除已确诊的痴呆患者外，我们还纳入MCI阶段受试者，以评估NBM通路变化是否在疾病早期出现，以及这些变化能否预测此类患者的未来痴呆转化风险。最后，我们致力于探究上述两条NBM通路的微观结构完整性对整体认知功能衰退、注意力下降及痴呆相关脑电功能变化的贡献程度。

Materials and methods

Participants

本次分析纳入了来自既往研究的246名60岁以上参与者。其中52人被诊断为很可能DLB，46人为很可能阿尔茨海默病痴呆，38人为很可能路易体病所致轻度认知障碍（MCI-LB），36人为阿尔茨海默病所致轻度认知障碍（MCI-AD），另有74名无精神或神经系统疾病史的健康对照参与者。患者招募自本地社区常住居民中曾转诊至老年精神科与神经科服务的人群。痴呆与轻度认知障碍的诊断由三位经验丰富的临床专家组成的共识小组，依据相关临床诊断标准独立完成：很可能DLB、很可能阿尔茨海默病痴呆、很可能MCI-LB及MCI-AD。所有MCI参与者均接受FP-CIT SPECT多巴胺能成像与MIBG心肌显像检查。这些扫描结果用于按照诊断标准进行很可能MCI-LB的诊断，所有诊断为MCI-AD的参与者均显示正常MIBG与FP-CIT扫描结果。健康对照参与者通过本地研究注册系统及患者亲友渠道招募。

Neuropsychological testing

所有参与者均接受详细的临床评估，包括作为整体认知功能评估工具的简易精神状态检查量表（MMSE）、用于评估帕金森运动症状的统一帕金森病评定量表（UPDRS）第三部分、评估神经精神症状的神经精神科问卷（NPI）以及评估认知波动的临床波动评估量表（CAF）。参与者还完成包括选择反应时任务在内的计算机化测试。轻度认知障碍参与者每年接受随访，通过神经心理学测试及临床专家小组对诊断的复核评估，进行痴呆事件的监测。

MRI acquisition

T1-weighted MR images were acquired on a 3 T Philips Intera Achieva scanner with a magnetization prepared rapid gradient echo sequence, sagittal acquisition, echo time 4.6 ms, repetition time 8.3 ms, inversion time 1250 ms, flip angle = 8°, SENSE factor = 2 and in-plane field of view 240 × 240 mm² with slice thickness 1.0 mm, yielding a voxel size of 1.0 × 1.0 × 1.0 mmm³.

Diffusion-weighted images (DWI) were acquired with the following parameters: repetition time 6126 ms, echo time 70 ms, 124 × 120 matrix; 270 × 270 field of view, 59 slices with slice thickness 2.11 mm, 64 gradient orientations (b = 1000 s/mm²) and six images without diffusion weighting (b = 0 s/mm², b0).

MRI preprocessing

以下方法大致遵循Nemy等人提出的流程，用于NBM分割及基于弥散成像的NBM白质纤维束追踪。

首先对DWI数据进行人工伪影检查，随后使用FSL工具箱（v.6.0.2）进行处理。第一步采用FSL的bet功能进行脑组织提取（Fig.1A）；第二步应用FSL的eddy工具校正涡流效应与头部运动（Fig.1B）。若参与者平均绝对位移超过3毫米，则被排除在后续分析之外。

随后，采用FSL的dtifit工具对数据拟合扩散张量模型（Fig.1C），并应用BedpostX程序基于标准球棒模型计算各体素内的扩散参数，其中每个体素模拟三根纤维（Fig.1D）

Figure 1 Overview of NBM white matter tract estimation. (A) Brain extraction of diffusion-weighted data using FSL’s bet function. (B) Correction for eddy currents and head motion using FSL’s eddy tool. (C) Fitting of the diffusion tensor model using FSL’s dtifit. (D) Estimation of fibre orientations in each voxel using FSL’s BedpostX with a ball-and-stick model with three fibres per voxel. (E) Transformation of region of interest from T₁ MNI space to individual subject T₂ space. (F) Transformation of region of interest from standard T₂ space to individual subject T₂ space. (G) Probabilistic tractography with FSL’s ProbtrackX using the NBM region of interest as seed, the cingulum and external capsule region of interest as waypoint masks, and the brainstem and anterior commissure as exclusion masks. (H) Building of unbiased group template from 100 randomly selected b0 images. (I) Transformation of tracts from individual subject T₂ space to the unbiased group template. (K) Estimation of group tracts for the medial and lateral NBM pathways. (L) Extraction of diffusion parameters from the estimated tracts. AC = anterior commissure.

Regions of interest

根据先前研究，本研究使用五个感兴趣区掩膜引导概率性纤维追踪。纤维追踪的种子区采用NBM掩膜，该掩膜基于在MNI T1空间内通过尸脑组织学与磁共振融合技术构建的胆碱能基底前脑细胞构筑图谱，通过整合该图谱中基底前脑Ch4亚区的前外侧、前中间及后部区域而形成。既往研究已识别出两条源自NBM的主要白质通路：一条是贯穿扣带回的内侧通路，另一条是通过外囊的外侧通路。因此，本研究采用扣带回与外囊的感兴趣区作为路径点掩膜，将纤维追踪约束至上述通路。扣带回与外囊掩膜源自约翰斯·霍普金斯大学在FSL标准T2空间发布的白质图谱。最后，以前连合与脑干感兴趣区作为排除掩膜，以避免非胆碱能通路对追踪结果的干扰。前连合掩膜通过FSL的XTRACT工具在MNI T1空间获取，脑干掩膜则采用FSL的FIRST分割程序生成。

所有五个感兴趣区均被转换至每位受试者的T2空间。具体流程包括：将个体T1像配准至MNI T1空间，并将个体T2（b0）像与对应T1像进行配准；随后应用这两步配准的逆变换，将定义于MNI T1空间的感兴趣区（NBM、前连合、脑干）转换至个体特异性T2空间（Fig.1E）。同时，通过估计个体T2像至标准DTI模板的变换矩阵，并应用其逆变换将标准DTI空间定义的感兴趣区（扣带回、外囊）配准至个体T2空间（Fig.1F）。所有空间变换均采用高级归一化工具（ANTs）完成，其中个体T1→MNI T1及个体T2→标准T2空间使用ANTs非线性SyN配准算法，而个体T1与T2像间采用仿射配准。

Tractography

采用FSL的ProbtrackX进行概率性纤维追踪，从NBM种子感兴趣区生成5000个随机样本，这些样本根据估计的扩散参数局部概率密度函数进行传播（Fig.1G）。扣带束和外囊感兴趣区被用作路径掩模，即仅保留通过任一感兴趣区的纤维束。排除进入脑干或前连合的纤维通路。

将个体空间估计的纤维束配准至公共空间以生成群体纤维束。使用ANTs的buildtemplate函数，基于随机选取的100名参与者（每个诊断组20名）的b0图像创建无偏群体模板（Fig.1H），并将个体纤维束转换至群体模板空间（Fig.1J）。通过纳入至少50%个体纤维束共有的体素，分别创建内侧与外侧群体纤维束（Fig.1K）。该阈值的选择基于对生成群体纤维束的视觉评估，低于Nemy等人的研究，这可能源于本研究中患者群体萎缩程度更高。随后将内侧与外侧群体纤维束反转换至个体T2空间，并为每位参与者提取属于各纤维束的体素的平均扩散率（Fig.1L）。

本研究的分析主要聚焦于平均扩散率，依据是Nemy等人的前期研究，且平均扩散率相较于其他DTI指标（如各向异性分数）似乎是神经退行性疾病中白质改变的更早期标志物。作为补充分析，我们也研究了径向扩散率与轴向扩散率。

为验证NBM白质通路效应的特异性，我们创建了白质对照掩模：首先通过对每位受试者的T1加权图像运行FSL FAST获取全脑白质掩模，再从中剔除两条NBM纤维束的区域。

Estimation of NBM volumes

T1加权磁共振影像的预处理在SPM12软件中完成。首先将影像分割为灰质、白质和脑脊液。随后使用DARTEL算法创建研究特异性模板，并将所有灰质影像配准到此模板。为将NBM模板从MNI标准空间转换至研究特异性DARTEL模板空间，我们采用ANTs的非线性SyN算法将DARTEL模板配准到MNI空间，并将逆变换应用于NBM图谱。最终计算NBM模板内的平均灰质体积，并依据颅内总体积进行比例标准化。

EEG acquisition and analysis

部分参与者（49名对照者、33名MCI-AD、25名阿尔茨海默病痴呆、37名MCI-LB及20名DLB患者）进行了闭眼静息态脑电图采集（128导联）。数据采集与预处理方法已有详述。简言之，预处理包括0.3-54Hz带通滤波，将数据分割为无重叠的2秒时段。在通过独立成分分析进一步去除肌肉、心电、眼动及工频噪声伪影前，已先行剔除视觉识别存在噪声的通道和时段。随后采用球面样条插值法恢复被剔除通道的数据，并进行平均参考转换。功率谱密度通过MATLAB中的Bartlett方法进行估算，主导频率定义为4-15Hz范围内功率最高的频率点（跨时段与电极平均计算）。

Statistics

使用R软件进行统计分析，并采用ggplot2包绘制图表。各组间归一化NBM体积的比较，通过以年龄和性别为协变量的单因素协方差分析（ANCOVA）完成，随后进行经Bonferroni多重比较校正的事后检验。

两组NBM通路平均扩散率的比较，采用以年龄、性别及白质对照区平均扩散率为协变量的单因素ANCOVA，随后进行经Bonferroni校正的配对事后检验。

作为附加对照分析，我们同样应用了单因素ANCOVA（控制年龄和性别），以探究在用于引导纤维束成像的标准白质感兴趣区（扣带回及外囊）内的平均扩散率是否存在组间差异。

我们还计算了NBM体积与NBM通路、以及白质对照区域平均扩散率之间的Pearson相关性。

在R中构建Cox比例风险模型，以评估MCI组进展为痴呆的风险，并分析与NBM体积、内侧及外侧NBM白质通路平均扩散率的关联。后两项预测变量的建模控制了白质对照区域的平均扩散率。所有模型还控制了基线年龄和基线认知功能（通过Addenbrooke’s认知功能检查修订版评估）。年龄以总平均值为中心进行校正，而认知功能及所有NBM体积与扩散率变量均相对于对照组进行标准化。

为检验基NBM体积及NBM通路完整性与整体认知功能的关联，在所有MCI和痴呆患者中运行了一个多元线性回归模型，以MMSE为因变量，以内侧及外侧NBM通路平均扩散率和NBM体积为预测变量，并将年龄、性别、诊断及白质对照区域平均扩散率作为协变量。类似地，以平均选择反应时为因变量运行模型以检验与注意功能的关联，以脑电图主频为因变量运行模型以检验与脑电图减慢的关系。

此外，我们使用R软件中的party包进行随机森林回归分析（利用条件推理树进行无偏变量选择），以检验NBM体积及NBM通路完整性对认知指标和脑电图减慢的贡献程度。随机森林是一种集成学习方法，可用于确定预测准确性。通过计算当在模型包含的其他特征所定义的网格上对感兴趣特征进行置换时预测误差（即预测响应与实际响应之间的均方误差）的增加量，可计算条件特征重要性得分，从而评估该特征对整体预测的相对重要性。此分析分别针对MMSE、选择反应时和EEG减慢进行，包含的特征有：内侧及外侧NBM通路平均扩散系数、归一化NBM体积、白质对照区域平均扩散率、年龄和性别。树的数量设定为3000。

为研究与路易体疾病组临床症状的关联，我们采用多元线性回归分析，以临床评定量表分数、神经精神问卷幻觉分项评分和统一帕金森病评定量表分数为因变量，以外侧及内侧NBM通路平均扩散率、NBM体积和白质对照区域平均扩散率作为预测变量。

最后，为检验胆碱酯酶抑制剂的使用是否与NBM通路完整性或NBM体积相关，我们比较了服用胆碱酯酶抑制剂患者（n = 108）与未服用此类药物患者（n = 56）的NBM体积以及内侧和外侧NBM通路平均扩散率。采用单因素ANCOVA，并将认知状态（轻度认知障碍/痴呆）作为协变量，以控制与轻度认知障碍组相比更多痴呆患者服用胆碱酯酶抑制剂这一情况。

Results

Demographics

有三名DLB受试者因弥散加权数据存在伪影而被排除。此外，三名对照组、一名DLB患者及一名MCI-AD患者因头部运动过度被排除。最终，共有35名MCI-AD患者、46名阿尔茨海默病性痴呆患者、38名MCI-LB患者、48名DLB患者及71名健康对照组纳入进一步分析。各组间的平均头部运动无显著差异[F(4,233) = 1.6, P = 0.2]。Table 1汇总了人口统计学与临床信息。如预期所示，通过MMSE评估的整体认知功能在两个痴呆组中比MCI组受损更严重，但MCI-AD与MCI-LB之间、阿尔茨海默病性痴呆与DLB之间均未发现差异。

在数据锁定时（因COVID-19疫情导致额外数据收集延迟），已有15名MCI-AD患者和30名MCI-LB患者接受了至少一次临床复评，另有2名患者在随访前去世（已从纵向分析中排除）。MCI队列随访期间共发现14例痴呆病例：其中5例来自MCI-AD组（均为临床阿尔茨海默病型痴呆），9例来自MCI-LB组（均为很可能DLB）；这些病例平均发生在1.5年后。其余31名MCI患者自基线起平均接受1.6年评估，未发展为痴呆。

NBM white matter pathways

内侧与外侧NBM组纤维束如Fig. 2A-B所示。这些纤维束所涉及的白质区域与既往NBM纤维追踪研究结果具有可比性。内侧通路从NBM投射至扣带束，并延续至扣带回与压后皮质；外侧通路经外囊和钩束延伸至额极，同时通过丘脑后辐射与内囊向顶叶及颞叶皮层延伸。

Figure 2 Group comparison of NBM pathway integrity. (A) Medial NBM pathway (shown in orange) estimated with the NBM region of interest as seed (shown in red), the cingulum as waypoint mask (shown in yellow), and brainstem and anterior commissure as exclusion masks (not shown). (B) Lateral NBM pathway (shown in cyan) estimated with the NBM region of interest as seed (shown in red), the external capsule as waypoint mask (shown in pink), and the brainstem and anterior commissure as exclusion masks (not shown). In each box plot the central line corresponds to the sample median, the upper and lower border of the box represent the 25th and 75th percentile, respectively, and the length of the whiskers corresponds to 1.5 times the interquartile range. P-values result from pairwise post hoc tests with Bonferroni correction for multiple comparisons. All P-values for comparisons that are not shown are >0.05. The plots on the right show survival probabilities in MCI without dementia given a standardized (A) medial and (B) lateral pathway mean diffusivity of −1, 0, or +1 (representative z-scores with 0 being the mean, +1 being 1 standard deviation (SD) higher and −1 being 1 SD lower than mean diffusivity). AD = Alzheimer’s disease dementia; MD = mean diffusivity.

Group comparison of NBM tracts

在控制年龄、性别及白质对照掩膜的平均扩散率后，诊断结果对内侧（扣带回）NBM通路的平均扩散率存在整体效应：F(4,230) = 3.4，P = 0.01。事后检验显示，与对照组相比，阿尔茨海默病痴呆患者内侧通路的平均扩散率显著升高（P = 0.003），而MCI组与两种痴呆组之间的所有其他两两比较均不显著（P > 0.05，Fig. 2A）。若从模型中移除白质对照掩膜的平均扩散率协变量，则阿尔茨海默病痴呆患者内侧NBM通路的平均扩散率较对照组显著升高（P < 0.001），路易体痴呆患者较对照组亦显著升高（P = 0.009），其余组间比较仍无显著性差异（所有P > 0.05）。

对于外侧（外囊）NBM通路的平均扩散率，单变量ANCOVA显示诊断存在显著整体效应：F(4,230) = 9.9，P < 0.001。事后检验表明，与对照组相比，所有MCI组及痴呆组的外侧通路平均扩散率均显著升高（Fig. 2B），而MCI组与痴呆组之间无显著差异。若不控制白质对照掩膜的平均扩散率，上述结果保持一致。

轴向扩散率与径向扩散率的组间差异补充分析结果与平均扩散率分析高度相似（Supplementary Table 1）。

在控制年龄和性别后，诊断对标准扣带回[F(4,231) = 2.0，P = 0.1]及外囊兴趣区[F(4,231) = 0.9，P = 0.5]的平均扩散率均无显著效应。

Group comparison of NBM volume

在控制年龄和性别后，诊断对标准化整体NBM体积存在效应：F(4,231) = 11.0，P < 0.001。事后检验显示，与对照组相比，所有MCI组及痴呆组的NBM体积均显著减小，而MCI组与痴呆组之间无显著差异（Fig.3）。

Figure 3 Group comparison of normalized NBM volume. In each box plot the central line corresponds to the sample median, the upper and lower border of the box represent the 25th and 75th percentile, respectively, and the length of the whiskers corresponds to 1.5 times the interquartile range. P-values result from pairwise post hoc tests with Bonferroni correction for multiple comparisons. All P-values for comparisons that are not shown are >0.05. AD = Alzheimer’s disease dementia.

Association between NBM volume and pathway integrity

Fig.5 展示了NBM体积与两条NBM通路及白质对照区域的平均扩散率之间的散点图，右上角显示了Pearson相关系数值（基于所有参与者以及各诊断组内部）。来自内侧和外侧通路的平均扩散率显示出相对较高的相关性，相关系数值在0.70至0.88之间。而NBM通路的扩散率与NBM体积呈中等程度相关（-0.09至-0.51），与白质对照区域的平均扩散率也呈中等相关（0.41至0.65）。

Figure 5 Correlation structure between different predictor variables. Scatterplots (bottom left) and Pearson’s correlation values (top right) between mean diffusivity from the two NBM pathways, NBM volume and diffusivity of the white matter control mask, across all diagnostic groups and for each group separately. Significant correlations (P < 0.05) are marked with an asterisk. AD = Alzheimer’s disease dementia; MD = mean diffusivity; WM = white matter.

Survival analysis

Table 2 中的主要分析探讨了以下因素是否与痴呆发病风险增加相关：（i）NBM体积；[ii(a)] NBM内侧通路平均扩散率；以及[ii(b)]NBM外侧通路平均扩散率。在MCI患者中，标准化的NBM体积并非痴呆发病的显著正向或负向预测因子。在NBM内侧和外侧白质通路中，较高的平均扩散率均与痴呆发病风险显著增加相关（Fig.2）。这些结果在对诊断组进行校正后仍然成立，但在校正胆碱酯酶抑制剂使用后则不再显著（Table 2）。

Schoenfeld 残差与时间的相关性在每个模型的各个变量中进行了评估；所有情况下均未发现显著关联，这支持了比例风险假设。

Association with cognitive performance and EEG slowing

仅归一化的NBM体积（β = 0.22，P < 0.001）与外侧NBM纤维束的平均扩散率（β = -0.22，P = 0.06）在排除年龄因素后能独立预测MMSE评分（Fig. 4A），而内侧纤维束的平均扩散率（β = 0.04，P = 0.73）及白质对照掩模的平均扩散率（β = 0.04，P = 0.59）则无显著预测作用。

选择反应时间（注：数据来自32名MCI-AD患者、45名阿尔茨海默病痴呆患者、37名MCI-LB患者及47名DLB患者）仅由外侧NBM束的平均扩散率独立预测（β = 0.30, P = 0.03，Fig. 4B），而归一化NBM体积（β = −0.09, P = 0.22）、内侧束平均扩散率（β = −0.10, P = 0.44）及白质对照掩模平均扩散率（β = 0.03, P = 0.76）对模型无显著贡献。

脑电图主导频率受外侧NBM束平均扩散率（β = −0.47, P = 0.003）和NBM体积（β = 0.22, P = 0.01，Fig.4C）显著预测，而内侧束平均扩散率（β = 0.22, P = 0.12）与白质对照掩模平均扩散率（β = 0.0, P = 0.99）则非显著预测因子。

随机森林分析验证了上述结果：外侧NBM束平均扩散率在预测MMSE和选择反应时间表现中均获得最高重要性评分，并对脑电图主导频率预测有贡献（Fig.4D）。归一化NBM体积有助于预测MMSE和脑电图主导频率，其余特征的条件重要性评分相对较低。

Figure 4 Association with cognitive and attentional performance. Association between mean diffusivity (MD) along NBM pathways and (A) MMSE as a measure of overall cognition, (B) choice reaction time and (C) EEG dominant frequency. β-values result from a multiple linear regression analysis including mean diffusivity along the two NBM pathways, normalized NBM volume, diagnosis, age, sex and mean diffusivity from the white matter control mask as predictors. Grey shaded areas correspond to 95% confidence intervals. (D) Results from the random forest analysis showing the conditional feature importance (i.e. increase in prediction error when permuting a feature on a grid defined by the other features in the model). Higher values indicate higher importance of a feature in predicting the response variable (choice reaction time, MMSE and EEG dominant frequency). AD = Alzheimer’s disease dementia; MD = mean diffusivity; WM = white matter.

Association with clinical symptoms in the Lewy body groups

针对路易体症状评分的回归模型显示：CAF评分[F(4,76)=0.87, P=0.49]与NPI幻觉评分[F(4,77)=0.96, P=0.43]与NBM纤维束完整性及NBM体积无显著关联，而UPDRS评分与NBM体积（β=0.28, P=0.009）、外侧NBM纤维束平均扩散率（β=0.46, P=0.01）及白质对照掩模平均扩散率（β=−0.34, P=0.004）存在关联。

在控制认知状态后，服用与未服用胆碱酯酶抑制剂的患者在外侧NBM纤维束平均扩散率[F(1,161)=0.2, P=0.67]或NBM体积[F(1,161)=1.0, P=0.3]上无显著差异，但未服药者的内侧NBM纤维束平均扩散率略高[F(1,161)=3.9, P=0.05]。

Discussion

本研究使用弥散加权成像技术，探究了阿尔茨海默病痴呆与路易体痴呆及其各自的轻度认知障碍阶段中，源自NBM的白质通路的完整性。我们发现，与对照组相比，痴呆组和MCI组的外侧NBM通路完整性均有所下降。在患者组中，该通路完整性与整体认知功能、注意表现和EEG减慢相关，且两条NBM通路的完整性丧失与MCI进展为痴呆的风险增加相关。尽管与对照组相比，所有临床组的NBM体积均有所减小，但这与整体认知障碍的相关性较弱，且与注意表现或向痴呆转化无关。最后，我们在分析中加入白质对照掩模的平均弥散度，证实了上述结果特指NBM白质纤维束。

NBM的变性是阿尔茨海默病和路易体痴呆的标志之一，既往研究表明该区域的萎缩在两种疾病早期即出现。尸检和PET研究均描述了痴呆患者的皮层胆碱能缺失，这被认为主要源于NBM内胆碱能神经元的变性。然而，在神经退行性痴呆背景下，关于源自NBM、提供皮层胆碱能神经支配的白质通路的研究仍十分有限。

我们成功追踪了既往免疫组化和DTI纤维束成像研究所描述的两条主要NBM白质通路。我们发现，与对照组相比，MCI组和痴呆组的外侧通路（外囊）白质微结构均受损。相比之下，内侧通路（扣带束）仅在阿尔茨海默病痴呆患者中受到影响，而路易体痴呆组中该通路的变化未超出整体弥散度的改变范围。既往尸检研究表明，NBM内神经元的变性导致从该结构延伸至皮层表面的轴突被破坏。这一NBM内的变性过程被认为主要由神经原纤维缠结沉积和路易小体的存在所驱动，而非淀粉样蛋白沉积。此外，研究已证实NBM内的路易小体病理与皮层胆碱能缺陷之间存在关联，提示路易小体病理也与上行NBM通路的变性相关。阿尔茨海默病病理和路易小体病理共同参与NBM变性，这与我们观察到的NBM白质通路在MCI和痴呆组中均发生变化的结论一致。在阿尔茨海默病组与路易体痴呆组的配对比较中，我们未发现显著差异，表明NBM通路的变化在两种疾病中表现相似。尽管这一比较可能因样本量不足而未能检测到细微的组间差异，但我们的样本量已较其他研究相对更大，且两组痴呆患者间缺乏差异与既往研究发现一致，即胆碱能缺陷在两种疾病中均有参与。

既往对健康个体和血管性认知障碍人群的研究报告了NBM通路完整性与白质病变负荷间的关联，提示血管疾病也可能与胆碱能通路完整性的丧失相关。然而，有研究表明，神经退行性痴呆患者出现白质高信号可能反映的是皮层阿尔茨海默病病理而非血管疾病，这意味着本研究中血管因素对观察到的NBM通路改变的影响可能较小。尽管如此，未来研究仍需重点关注不同阿尔茨海默病与路易体相关病理以及血管因素对NBM通路完整性的影响。

患者组的整体认知障碍严重程度与外侧NBM通路完整性丧失及NBM体积缩小相关，这与既往研究结果一致。相比之下，注意表现仅与NBM通路完整性相关，而与NBM体积无关。随机森林分析进一步证实了这一结论，结果显示外侧NBM通路的平均弥散率对整体认知和选择反应时间表现的贡献大于NBM体积。这与既往一项针对健康人群的研究结论相符，该研究指出NBM白质通路对认知表现的贡献强于NBM体积。此外，我们发现两条NBM通路完整性丧失程度越高，MCI患者转化为痴呆的风险越大，而NBM体积则无此关联。综上所述，这些结果强调了除NBM体积（目前常规研究指标）外，研究胆碱能系统其他层面的重要性，并提示在阿尔茨海默病和路易体痴呆中，上行NBM白质通路的完整性可能与认知功能丧失和痴呆进展更为直接相关。然而，与本研究结论不同的是，既往研究发现NBM体积可预测帕金森病和阿尔茨海默病的未来认知衰退。我们研究中未发现这一关联，可能由于MCI队列的随访时间相对较短。因此，需要进一步的纵向随访数据来阐明MCI-LB中NBM变性与认知衰退的关系。

以主频测量的脑电图减慢与NBM体积及外侧（而非内侧）NBM通路完整性相关，这与认知指标的回归分析结果一致。这些发现与既往关于痴呆的研究结果相符，均提示脑电图减慢与胆碱能系统存在关联。我们进一步扩展了这些发现，表明不仅NBM本身体积，其皮层连接通路的完整性也与脑电图减慢相关。

Limitations

本研究存在一些局限性。首先，部分患者正在服用胆碱酯酶抑制剂，而这类药物已被证明会影响NBM的退化过程。尽管目前尚未有研究探讨胆碱酯酶抑制剂对NBM白质投射完整性的影响，且在本研究中服用与未服用该类药物患者间未发现显著差异。在生存分析中，控制胆碱酯酶抑制剂使用因素后仍未发现显著影响。但这可能反映治疗后的偏倚——由于本研究属观察性研究而非随机分配药物，即进展为痴呆的患者更可能被处方此类药物。本样本中胆碱酯酶抑制剂处方率符合当地诊疗实践与最新指南要求。未来研究仍需以前瞻性方式探讨该药物对基底前脑通路的影响。

其次，因阿尔茨海默病与路易体痴呆在男女患病率存在差异，本研究各组性别分布不均。鉴于有证据表明NBM结构存在性别差异，这种失衡可能影响分析结果。我们已将性别作为协变量以最小化其对组间差异报告的影响，但探讨性别对痴呆及轻度认知障碍患者基底前脑白质通路的影响仍是未来值得关注的研究方向。

在生存分析方面，具有随访数据的MCI案例数量较少且随访时间相对较短。尽管与其他MCI前瞻性研究相比，本研究的痴呆转化率较高，但总体案例数有限。虽然统计检验未推翻风险比例假设，但这可能源于小样本量导致的检验效能不足。两种情况下均需更大样本量和更长观察周期以验证研究发现。

另一潜在局限性在于本研究缺乏阿尔茨海默病生物标志物数据。虽然我们成功复现了既往研究描述的两条基底前脑通路，但扩散磁共振数据无法解析这些纤维束的实际胆碱能贡献度。与先前采用胆碱能标记物进行免疫组化研究描述的纤维束相似性，为其胆碱能特性提供了佐证。此外，我们对标准扣带回及外囊感兴趣区的平均扩散率对照分析未显示显著组间差异，表明观察到的变化更特异地存在于重建的基底前脑通路，而非仅反映用于引导纤维束追踪的解剖定义纤维束内部的普遍扩散率变化。

Conclusion

本研究为神经退行性痴呆中胆碱能系统的完整性提供了重要的新见解。我们通过研究发现，在阿尔茨海默病性痴呆和路易体痴呆中，已被广泛确认的NBM退化现象，同时伴随着源自该结构的白质通路完整性下降——这一过程在两种疾病早期即已启动，MCI组的研究结果印证了这一点。值得注意的是，我们的研究表明，与NBM体积测量相比，其白质微结构损伤与认知及注意力障碍的关联更为显著，可能成为轻度认知障碍患者向痴呆转化风险升高的重要早期预警信号。因此，相较于单纯测量核团体积，这些白质完整性指标不仅能作为皮质胆碱能系统功能状态的补充标志物，更具备预测疾病进展的临床实用价值。