卒中后吞咽障碍患者脑磁图下吞咽皮质环路预探索研究

张婧，张宁，乔慧，王春雪，赵性泉，王拥军

多种方法已经明确人类的吞咽需要多个脑区参与，主要集中在主要感觉运动区皮质/前运动区、前扣带、岛叶、顶枕区等[1-5]。这些区域与吞咽的计划[1]、意愿[2]、调节[3]等有关。高时间分辨率的脑磁图研究提示前扣带或后扣带回可能是吞咽启动信号发出的区域[4-5]。吞咽功能的脑磁图研究很少针对卒中患者。本研究的目的是描述卒中患者在自主吞咽过程中所激活的相关脑区及其时间顺序，与既往的正常对照对比，为分析吞咽皮质的功能提供资料。

1 对象与方法

1.1 对象 选择首都医科大学附属北京天坛医院神经内科1周内连续住院的卒中患者，符合世界卫生组织卒中的诊断标准[6]，要求意识清楚，无感觉性失语，能够站立，并且经临床吞咽评估确定存在吞咽障碍[7]。可识别并配合电视透视检查、头颅磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRⅠ）及脑磁图检查过程中吞咽的信号指令。给予口头或书面的知情同意书者。有严重内科系统疾病，神经功能缺损使得患者不能遵循检查指令并完成吞咽指令，拒绝完成脑磁图或电视透视检查者排除。本研究通过医院伦理委员会的批准。

1.2 研究方法

1.2.1 仪器设备 采用151通道Omega2000全头型生物磁仪（CTF.co，Canada）进行脑磁信号的采集。通过头位置指示器将头的位置进行数字化处理，建立数字化坐标系，以双侧耳前点、鼻根处为标示点，建立坐标系。通过固定在头表面的4个线圈确定头的位置。MRⅠ扫描前在双侧耳前点及鼻根部用维生素E胶丸固定，以便在脑磁图与MRⅠ图像叠加时使用同一坐标系统。将2个表面电极分别放置于双侧的颌下肌群，记录吞咽过程中颌下肌群收缩的肌电信号，以表示吞咽启动的时间。

1.2.2 数据采集及分析方法 患者平卧于检查床，头放置于杜瓦头盔中，避免左右或上下摇动。患者穿着棉质病号服，去除身体上佩戴的所有金属物品，避免磁场干扰。脑磁图信号的采样频率625 Hz，由带通1～15 Hz滤过，并经过1000 Hz数字化处理。由采集数据计算机自动叠加150次。以等电流偶极作为偶极模型描述皮质活动。监测垂直和水平眼电图信号并自动去除超过150 μV的信号，去除眼动产生的电磁伪迹干扰。记录肌电信号开始前－2500 ms内激活脑区的部位及时间顺序。肌电信号开始变化的时间点确认为波幅增加到（29.0±1.5）μV。每隔16 ms分别记录全头及双侧半球的偶极场模式。

所有检查者均行MRⅠ检查，扫描程序：定位像采用矢状扰相梯度回波序列，Flip Angle为30度，重复时间30 ms，回波时间17 ms。层厚1.5 mm，无间隔，矩阵256×256，激励次数为2，扫描野30 cm×30 cm。

将MRⅠ检查的图像与脑磁图的磁场变化结果融合，形成磁源性成像（magnetic source imaging，MSⅠ），可以同时表现磁场变化的时间模式，并能利用磁共振检查的高空间分辨率，最终定位磁源的部位。

1.2.3 吞咽任务刺激模式 采用同功能磁共振研究相同的试验设计，患者平卧于检查床，头部位于磁信号接收器内。使用长度约1 m、直径约4 mm塑料软管，一端从受试者口唇中部进入口腔内距中切牙4 cm处，另一端连接20 ml注射器，试验者手持注射器以每隔20 s、25 s、30 s、35 s时间不等的方式向受试者口腔注射室温纯净水0.5～1 ml，注射时间为1 s左右，要求受试者一次咽下口腔中所有水，吞咽时间在1～2 s，共注射10次水。试验开始之前，对受试者事先进行注水练习，寻找能诱发吞咽的最低注水量，并避免头部运动过多。但不向受试者透露注水时间间隔和总共注水次数。

1.2.4 后处理方法 脑磁图数据接收及分析：采集的信号输入采集计算机工作站进行处理。在625 Hz处取样，并应用抗混淆过滤器，以200 Hz为分界点。数据收集后，采用3D数字转换器将患者的头部性状转换为数字模式，并定位电磁线圈的位置。采用Align软件拟和每个患者的磁共振脑解剖图像及脑磁图的头部数字模式，以便形成磁源性影像，帮助功能定位。用Talariach数据库[8]确定这些体素的大概解剖定位。

2 结果

本研究共6例患者完成了脑磁图检查。MRⅠ证实幕上单侧卒中者2例，脑干卒中4例。脑梗死5例，脑出血1例（表1，病例4）。患者发病后均存在饮水呛咳主诉。电视透视检查提示咽期吞咽启动延迟的患者4例（病例1～3，病例5）（表1）。咽吞咽启动的潜伏期为0.03～0.12 s。另2例无吞咽延迟。

表1 患者的一般情况

2.1 吞咽任务激活脑区 5例患者得到磁源性影像。由于病例5的吞咽曲线拟和失败，没有得到脑磁场变化的分析结果，因此剔除。脑磁图下自主吞咽所激活的脑区包括：岛叶、中央回外侧下部、前扣带、后扣带、额上回、额中回、直回、颞极、角回、枕叶、颞上回、颞中回后部等（表2）。图1为位于初级运动区外侧下部的偶极子（电流偶极子是锥体细胞的细胞内电流所形成的）。

2.2 自主吞咽激活脑区的时间顺序 综合上述5例患者在自主吞咽任务中，获得在吞咽动作起始前2500 ms左右内激活偶极子（每16 ms）出现的部位及相应时间点。总结5个比较重要的脑区的激活时间，发现其最早激活时间也出现于相对较为恒定的时间段（表3）。

表2 5例卒中后吞咽障碍患者自主水吞咽激活脑区的分布

图1 脑磁图显示位于初级运动区的外侧面、靠下部的偶极子（红色的点）

2.3 自主吞咽激活脑区的环路 所激活脑区并不是在整个吞咽处理过程中的单一时间段内发生激活，而是在不同的时间段内反复激活数次，形成3个环路。5例患者的神经环路相对比较恒定。

环路1：丘脑、前扣带、后扣带、中央回、岛叶、小脑环路。不同的患者，上述部位在环路中的顺序可以有所不同。也可以在某次循环当中不出现某个部位。例如病例1为前扣带首先激活，经过丘脑、中央回到达小脑，小脑的信息回到岛叶，然后到达后扣带回。而病例3则表现为中央回首先激活，然后到达前扣带，经过丘脑到达岛叶，岛叶将信息传递给小脑后回到后扣带。

环路2：在第一个环路的基础上，丘脑在将信息传递给下一个脑区时，同时发出信息到达脑干，再返回丘脑。到达脑干的部位可以是中脑、脑桥或者延髓。以脑桥多见。

环路3：感觉信息来自吞咽周围器官，经过脑干上传到丘脑后到达岛叶，经过顶枕区和后扣带，再回到额叶中央回，经中央回到达延髓的背侧。

3 讨论

本研究利用脑磁图观察有吞咽障碍的卒中患者在自主吞咽任务中激活脑区的部位，结果与既往报道[1-3，9]一致。其中，中央前后回、前后扣带、丘脑、岛叶存在持续稳定的激活，同既往研究结果一致[10]。脑区存在反复激活，根据激活的顺序，提示存在激活环路。

本研究发现，在自主吞咽发生之前，初级运动区及初级感觉区呈现持续激活[11-12]，这与既往的研究一致[13]。但初级运动感觉区的激活主要集中在右侧半球，与既往研究的左侧半球主侧化结果相反[12]，提示吞咽障碍的患者可能存在右侧半球的代偿。研究显示吞咽动作激活的感觉运动区表现出强烈的半球间及半球内的功能连接[14]。丘脑是基底节的重要结构，所有的自主运动计划，都有基底节的传入[15]，是丘脑持续稳定激活的原因。在5例患者都有壳核或尾状核的激活，提示基底节的参与。这与既往功能磁共振的研究结果也是一致的[15]。既往脑磁图研究发现只有自主水吞咽时才有左侧岛叶及额叶岛盖的激活[16]，本研究中岛叶呈现持续稳定激活。岛叶由于介导感觉运动的传入、传出信息，故代表幕上吞咽神经网络的关键节点[17]。在前额叶、颞顶叶可见激活区域，但仅数个研究发现这些部位的持续激活[10]。以损伤部位为基础的研究发现额叶皮质损伤可以导致吞咽障碍[18]。由于脑磁图时间分辨率高的缘故，某些脑区激活较既往本中心的功能磁共振研究所显示的激活部位[19]出现率增高，例如后扣带回、额极、额中回和额上回，前扣带和岛叶等。而脑干和小脑的激活出现率则与其相似。

本研究结果发现，前扣带回、岛叶等脑区在相对恒定的时间段内激活，例如前扣带回在2000 ms左右激活，5例患者中4例激活时间较为恒定。该结果同既往结果[4-5]一致。但本研究中上述部位的激活时间段较既往的研究[5]结果更早一些。Watanabe等[5]在其8例研究对象中，4例出现后扣带回的激活，且后扣带的激活早于前扣带及岛叶。本研究中5例患者均出现后扣带的激活。4例患者后扣带激活晚于前扣带及岛叶，这种近乎相反的结果可能与本研究中受试者为吞咽障碍的患者，其吞咽皮质功能受损的缘故。有研究显示在卒中后吞咽障碍的患者，前扣带回血流量显著低于无吞咽障碍的患者，提示该脑区是重要的吞咽皮质网络之一[20]。

表3 5例患者激活部位激活的相应时间段或时间点（时间单位为-×103 ms）

本研究的结果显示，有些脑区并不是在整个吞咽处理过程中的单一时间段内发生激活，而是出现反复激活的情况，信号经过某个区域后可能再次返回该区域而使其再次激活。例如丘脑、扣带回、小脑、脑干、额叶等大多数吞咽任务前激活的脑区都存在反复激活。这种同一脑区反复激活的现象，Milliken等[21]在观察口部运动的研究中也有类似的发现，即感觉运动皮层、辅助运动区、小脑和丘脑在执行运动过程中的不同时间都是激活的。

本研究中不同的患者存在共同的激活路径，即相同的环路，在某些环路当中的传递顺序可以完全相同。例如所有患者都存在丘脑-额叶中央回-岛叶-小脑-前扣带-后扣带-丘脑的激活环路。在上述环路的基础上，丘脑往往同时与脑干发生往返信息的联系，说明丘脑是上下级吞咽中枢的中继站。许多运动计划的部分闭合的环路，都与功能相关，将基底节、相关丘脑核团与感觉运动区、补充运动区等相连。而且这种环路多平行存在，但功能相分离[15]。额叶的中央回很可能是最后发出吞咽指令的部位，为吞咽的执行脑区。同时，由于存在脑干-丘脑-岛叶-后扣带-顶枕区这样的通路，提示中央回可能接受来自顶枕叶、岛叶、后扣带等区域的信息，因此该区还有整合感觉处理信息的功能，参与吞咽的启动[22]。由于岛叶接受来自脑干的内脏感觉，因此提示参与胃肠道的感觉运动功能[23]。

本研究是一个针对卒中后有吞咽障碍患者的初步预探索研究。所观察到的环路仍需要更多健康受试者进行验证。本研究病例数相对较少，且每例患者的卒中病灶位置也不相同，因此目前的结果尚需要更大样本量的研究来证实。今后研究也需要在同一卒中部位的多个患者内完成。

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【点睛】

应用磁源性成像进行的预探索研究发现了卒中后吞咽困难患者吞咽皮质激活相对固定的3个环路。