面部三叉神經(jīng)下頜支區(qū)認知神經(jīng)機制的fmri研究

面部三叉神經(jīng)下頜支區(qū)認知神經(jīng)機制的fmri研究

感覺功能是口腔的重要功能之一。長期以來，人們對口腔周圍神經(jīng)機制的感知主要集中在外周和干預(yù)中心的神經(jīng)機制上，對皮層和皮層下的中心機制研究較少。腦功能成像技術(shù)的出現(xiàn)使人們可直接窺視與人類各種功能相聯(lián)系的“全腦”的功能反應(yīng),已經(jīng)應(yīng)用到各種感覺包括視覺、聽覺、軀體感覺等方面的研究中。功能性磁共振成像技術(shù)(fMRI)是一種非侵襲性、高分辨率的人腦高級功能研究手段,本研究利用先進的fMRI手段,探討了三叉神經(jīng)下頜支區(qū)面部觸覺刺激的皮層反應(yīng),為口頜面感覺的中樞機制研究提供基礎(chǔ)和進行方法學(xué)探討。1.材料和方法1.1實驗材料的年齡選擇正常志愿者8名,男女各4名,年齡28-33歲,平均年齡為30.4歲?？陬M面系統(tǒng)健康,無精神或神經(jīng)病史、腦器質(zhì)性病變等可能影響實驗結(jié)果的因素。受試者被告知研究內(nèi)容,并簽署知情同意書。1.2靜息狀態(tài)3.2刺激過程選擇右側(cè)面部三叉神經(jīng)的下頜支(V3)為刺激區(qū),V3刺激區(qū)為右側(cè)下唇外側(cè)距面部中線2-3cm,直徑約2.5cm的圓形區(qū)域,用木質(zhì)棉簽在事先標記好的刺激區(qū)做上下運動。為保證刺激的強度、頻率、部位的可重復(fù)性,刺激由受過訓(xùn)練的同一實驗者完成。另一實驗者負責(zé)計時。實驗采用組塊設(shè)計方法,實驗過程中囑付受試者全程閉眼,處于靜息狀態(tài),盡量減少頭部運動。靜息狀態(tài)30sec,30sec時實驗者開始用棉簽在事先標記好的刺激區(qū)做上下運動,棉簽刺激時間為30sec,之后進入靜息狀態(tài),重復(fù)此過程刺激六次。刺激任務(wù)如圖1所示。功能掃描共6min,功能掃描后行全頭三維解剖像掃描,時間8min。實驗前被試者禁食2h,靜息30min。1.3圖像大小及數(shù)據(jù)矩陣所有實驗任務(wù)均在解放軍第三零六醫(yī)院磁共振室完成,所用掃描儀為GE/Elscint2.0Prestige.和標準的頭線圈。受試者佩戴耳塞機真空頭顱固定帽以減輕掃描噪音干擾及細微的頭顱移動。功能性圖像采用單次激發(fā)平面回波(GE-EP)進行橫軸面掃描,層厚6mm,無間隔,每3sec可獲得無間隔的覆蓋全腦的20層圖像。分辨率=29mm×29mm,脈沖重復(fù)時間(TR)/回波時間(TE)/反轉(zhuǎn)角(Flip)=3000ms/45ms/90,圖像范圍(FOV)=373mm×212mm,數(shù)據(jù)矩陣(matrix)=128×72。另外,還對被試者進行了梯度回波,T1加權(quán)的3D解剖像掃描(層厚2mm,無間隔,TR/TE/Flip=25/6/28,Fov=220mm×220mm,matrix=220×220mm),用于隨后圖像的Talairach的轉(zhuǎn)化。1.4統(tǒng)計結(jié)果的計算數(shù)據(jù)處理使用SPM2(statisticalparametricmapping2)軟件包,首先將功能像與掃描時間點最接近的3D解剖像進行頭動校正,之后以腦內(nèi)灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液的信號對比將圖像進行去頭皮分割,其中灰質(zhì)分割數(shù)據(jù)將用于解剖結(jié)構(gòu)像與功能像的對齊。對齊后圖像與蒙特利爾(MontrealneurologicalinstituteMNI)模板進行空間標準化。為保證機器狀態(tài)穩(wěn)定并排除機器信號漂移,功能掃描前的3個采樣點(前9sec)的數(shù)據(jù)被棄除,統(tǒng)計結(jié)果的計算采用每一block開始后延遲6sec的延遲半正弦法(delayedhalf-sincdesign)以計算血紅蛋白動態(tài)反應(yīng)的延遲。因MNI模板不同于Talairach模板,需使用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式進行轉(zhuǎn)換,并將產(chǎn)生的Talairach坐標值用Talairachdaemonclient軟件(美國德克薩斯州立大學(xué)SanAntonio科研影像中心)進行腦區(qū)判定。不同任務(wù)間激活情況的對比采用SPM99的普通線性模型進行隨機效應(yīng)分析,個體數(shù)據(jù)的所有體素(voxel)逐個計算,每個體素在任務(wù)狀態(tài)下的BOLD反應(yīng)與靜息狀態(tài)進行t檢驗來判定激活,激活區(qū)P<0.01均經(jīng)過域值校正。2.端面部v觸激學(xué)對腦激活區(qū)的作用在參數(shù)選擇P<0.01,激活區(qū)為cluster>20個體素條件下進行組分析,右側(cè)面部V3觸覺刺激引起的腦激活區(qū)包括左中央前回(BA6)、左中央后回(BA3)、左島葉、左枕葉楔前葉、左海馬、左顳中回(BA39)、右顳中回(BA39)、右額中回(BA9)、右頂下葉(BA40)、右殼核。具體激活強度和范圍見表1和圖2。3.其他腦區(qū)參與意識修復(fù)在大腦的功能性磁共振成像研究中,常用的刺激手段包括四肢皮膚的觸覺刺激、溫度刺激、電極刺激、激光刺激、穴位刺激等,還有學(xué)者采用了塑料輸液管和注入水的方式進行口腔內(nèi)刺激的研究。本實驗利用fMRI技術(shù)研究木質(zhì)棉簽刺激面部皮膚時的大腦皮層反應(yīng),實驗的可行性在前期實驗中已得到過論證。部分學(xué)者采用氣動裝置刺激上額和下顎,使用fMRI觀察了面部感覺皮層的激活區(qū)。Iannetti等在另一項fMRI試驗中用棉簽觸覺刺激上額和下唇時發(fā)現(xiàn)對側(cè)初級軀體感覺皮層(SI)、次級軀體感覺皮層(SII)的代表區(qū)有激活并且大量重疊。以往的面部觸覺的腦功能成像研究主要集中在對軀體感覺皮層激活區(qū)的觀察。大腦在受到一定的刺激時,不僅需研究單個神經(jīng)細胞或某一單一腦區(qū)的活動,同時需對“全腦”進行神經(jīng)功能測量。以往與軀體感覺相關(guān)的動物實驗及腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)不同的大腦皮質(zhì)區(qū)包括頂葉前部(初級軀體感覺皮層)、頂葉側(cè)方和后部皮層以及運動相關(guān)腦區(qū)都可以對機械刺激產(chǎn)生反應(yīng)。本實驗面部觸覺刺激引起對側(cè)初級、次級軀體感覺皮質(zhì)及同側(cè)軀體感覺相關(guān)皮層的激活,還引起其他相關(guān)腦區(qū)包括額葉、顳葉、枕葉的激活,這些腦區(qū)均可參與面部觸覺信息的加工。根據(jù)Brodmann的細胞構(gòu)筑區(qū)分區(qū),中央后回1、2、3區(qū)是初級軀體感覺皮層。通常認為3區(qū)主要對皮膚刺激有反應(yīng),本研究發(fā)現(xiàn)V3觸覺刺激在對側(cè)中央后回3區(qū)有激活。軀體感覺并不限于中央后回,還包括頂上、頂下葉的一部分。V3觸覺刺激引起同側(cè)頂下小葉BA40區(qū)有激活。BA40區(qū)被認為與肢體的實體覺有關(guān),因此又被稱為軀體感覺相關(guān)皮層。臨床研究表明,頂上小葉損傷出現(xiàn)了中央后回類似的感覺障礙。可導(dǎo)致感知的功能下降。在PET的研究中也發(fā)現(xiàn),輕微觸覺刺激引起了BA40區(qū)的激活,Hagen等認為該區(qū)可能是人的SIII區(qū),在觸覺認知的信息加工中起了重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)V3觸覺刺激在對側(cè)島葉/SII有激活。雖然在腦功能試驗中經(jīng)常可見島葉/SII區(qū)雙側(cè)激活,但大多數(shù)實驗對側(cè)島葉/SII激活更加明顯。在動物實驗中證實,SII直接接受丘腦腹后核群和其他軀體感覺皮層包括SI區(qū)投射的纖維,猴的電生理研究顯示,大量的SII細胞對無痛的機械刺激有反應(yīng)。目前,島葉/SII的功能仍不十分清楚,Backes等在研究中發(fā)現(xiàn)低強度電流可能通過刺激介導(dǎo)表皮受體傳入信息的感覺纖維引起了SII區(qū)的激活,但是只有選擇性注意才可以明顯提高SII區(qū)的激活。有學(xué)者認為SI和SII區(qū)對觸覺信息的加工可能是序列加工的方式,信息是從腹后內(nèi)側(cè)核通過SI傳導(dǎo)到SII的。本研究發(fā)現(xiàn)面部觸覺刺激不僅在軀體感覺皮層有激活,在其他觸覺相關(guān)腦區(qū)也有激活。BA9區(qū)在前額葉的范圍內(nèi),Ricciardi等使用fMRI研究了觸覺空間記憶的神經(jīng)反應(yīng)模式,發(fā)現(xiàn)前額葉-頂葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同參與了觸覺的空間信息加工。本研究中顳葉也有激活,人類顳葉損傷可以導(dǎo)致包括半側(cè)軀體感知障礙在內(nèi)的多種功能障礙,這種軀體感知障礙可能與觸覺記憶功能紊亂相關(guān)。在與工作記憶相關(guān)的fMRI研究經(jīng)常可見顳葉激活,許多研究表明,顳中、下回包括海馬皮質(zhì)參與了工作記憶,本實驗這些腦區(qū)的激活可能參與了觸覺記憶相關(guān)感覺信息的傳導(dǎo)和整合。本實驗發(fā)現(xiàn)左側(cè)中央前回運動前皮質(zhì)(PMC,BA6)和右側(cè)豆狀核-殼核有激活,其中左側(cè)PMC激活較強。PMC在建立運動傾向或運動意向中有重要作用,這包括編碼想要進行的運動的性質(zhì),如方向和幅度,還可擴展到運動發(fā)展的控制,腹側(cè)運動前皮質(zhì)與外部引導(dǎo)的與外部特定刺激有關(guān)的運動更有關(guān)系,PMC接受來自小腦和基底節(jié)神經(jīng)核的纖維,也與前額皮質(zhì)有往返聯(lián)系