儿童癌症幸存者的白质认知映射：一项双队列 NODDI-Bingham 研究|北京沫之东生物技术有限公司

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接受化疗的儿童癌症幸存者（cancer survivors，CS）常出现长期认知损害，通常称为癌症相关认知障碍（cancer-related cognitive impairment，CRCI）。目前尚不清楚，这些缺陷究竟反映了白质微结构受损、微结构与认知之间关系的改变，还是二者兼有。本文采用 NODDI-Bingham 模型，对神经突密度（neurite density index，NDI）、各向同性自由水（isotropic free water，ISO）以及沿主要（ODIp）、次要（ODIs）和总体（ODIt）纤维轴的方向离散度进行量化，以刻画 CS 特异性的生物物理学白质微结构，并考察其与认知的关系。21 名儿童癌症幸存者和 21 名年龄匹配的健康对照者（healthy controls，HC）接受了多壳层弥散磁共振成像。研究在 JHU 图谱分区内开展体素水平的 NODDI-Bingham 分析。采用协方差分析（ANCOVA）检验组间差异，并使用 NIH Toolbox 晶体化、流体和儿童早期综合评分，通过组别特异性回归分析考察微结构与认知之间的关联。在年龄匹配的 HCP 子样本（n = 679）中开展验证性分析。值得注意的是，CS 在冠状辐射、脑脚和胼胝体中表现出 NDI 降低，在中小脑脚中表现出 ODIt 和 ODIp 升高；这些通路参与加工速度和半球间整合，而这两种认知功能正是 CRCI 中最易受损的认知领域。组别特异性回归显示，微结构与认知之间存在定性不同的关系：HC 在五项指标中的四项上呈现正、负关系并存的模式（涉及 138 个簇，约 305,000 个体素；峰值 Cohen’s d 最高达 3.00），而 CS 则主要表现为一致的负性模式（涉及 67 个簇，共约 57,000 个体素）；对于 ISO、ODIt、ODIp 或 ODIs，均未发现正向簇，这表明在 CS 中，较低的离散度和较少的细胞外自由水与更好的认知表现相关。HCP 分析在全部五项指标上复现了 HC 的模式，尽管效应量按比例较小，从而排除了样本量效应的可能性。NODDI-Bingham 揭示了标准弥散指标无法分辨的、与化疗相关的白质病理学的两个方面。首先，儿童癌症幸存者在小脑脚中表现出 ODIp 和 ODIt 的选择性升高，并在冠状辐射和胼胝体中表现出 NDI 降低，从而将组水平损伤定位于特定的纤维扇形分布和神经突密度特征。其次，健康对照者的白质微结构与认知之间呈现正、负关系并存的模式，而幸存者仅保留了 ODIp 和 ODIt 的负性关系，并且 NDI 的正负混合模式减弱；这表明在暴露于化疗的脑中，只有神经突密度降低和沿主要轴的纤维扇形分布增加与认知损害相关。这些发现表明，白质与认知之间关系的生物物理学特异性重构可能是 CRCI 的一种候选机制，并支持将 NODDI-Bingham 作为用于监测和干预试验的靶向性生物标志物组合。

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接受化疗的儿童癌症幸存者（CS）常出现长期认知障碍，通常称为癌症相关认知障碍（CRCI）。这些缺陷究竟反映了白质微结构受损、微结构与认知之间关系的改变，还是二者兼有，目前尚不明确。本研究采用 NODDI-Bingham 模型，对神经突密度（NDI）、各向同性自由水（ISO）以及沿主要（ODIp）、次要（ODIs）和总体（ODIt）纤维轴的方向离散度进行量化，从而刻画 CS 特异性的白质微结构，并考察其与认知功能的关系。

21 名儿童癌症幸存者和 21 名年龄匹配的健康对照者（HC）接受了多壳层扩散磁共振成像检查。在 JHU 图谱分区内开展逐体素 NODDI-Bingham 分析。采用协方差分析（ANCOVA）检验组间差异，并使用 NIH 工具箱中的晶体智力、流体智力和幼儿期综合指标，通过组别特异性回归分析考察微结构与认知之间的关联。进一步在 HCP 的年龄匹配亚样本（n = 679）中开展验证性分析。

值得注意的是，CS在放射冠、大脑脚和胼胝体中表现出较低的NDI，而在中小脑脚中表现出升高的ODIt和ODIp。这些通路支持加工速度和半球间整合，而这两种认知领域正是CRCI中最易受损的领域。组别特异性回归分析揭示了微结构与认知之间在不同组中具有定性差异的关系：HC在五项指标中的四项上呈现正、负关系并存的模式（涵盖138个簇，约305,000个体素；峰值Cohen's d最高达3.00），而CS则主要呈现均一的负相关模式（涵盖67个簇，共57,000个体素）；对于ISO、ODIt、ODIp或ODIs，均未发现正相关簇。这进一步表明，在CS中，较低的离散度和较少的细胞外自由水与更佳的认知表现相关。HCP分析在全部五项指标上复现了HC组的模式，但效应量相应较小，从而排除了样本量效应的可能性。

NODDI-Bingham揭示了标准弥散指标无法解析的两方面化疗相关白质病理。首先，儿童癌症幸存者在小脑脚中表现出ODIp和ODIt的选择性升高，并在放射冠和胼胝体中表现出NDI降低，从而将群体水平的损伤定位于特定的纤维扇形化和神经突密度特征。其次，健康对照者的白质微结构与认知之间呈现正、负关系并存的模式，而幸存者仅保留了ODIp和ODIt的负向关系，且NDI的混合模式减弱。因此，在经历化疗的大脑中，只有神经突密度降低和主轴纤维扇形化增加与认知损害相关。这些发现表明，白质与认知之间关系的重构具有特异性的生物物理基础，可能是化疗相关认知损害（CRCI）的候选机制，并支持将NODDI-Bingham作为用于监测和干预试验的靶向性生物标志物组合。

利益冲突声明

脚注

https://db.humanconnectome.org

基金资助信息声明

美国国家癌症研究所（NCI）

，5R01CA244768

版权

本预印本的。

本文依据

CC-BY-ND 4.0国际许可协议

公开发布。

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发布于2026年10月1日。

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