健康人群自主吞咽的全脑激活部位研究
2022-07-02张智意邢相欣祝乐群黄立金星吴昊月韩燕万萍
吞咽是人类的一项重要生理功能，保证人体摄入足够的营养，以维持正常生存。自主吞咽(Voluntary swallow，VS)指人在清醒的状态下有意识地吞咽唾液，其中央模式发生器(Central pattern generator，CPG)位于脑干
。自主吞咽涉及到大脑皮质和皮质下区域，范围较广。近年来，一些学者对自主吞咽的脑激活区域进行了定位研究。Kern等
和Martin等
观察了健康被试在自主吞咽时的大脑皮质情况，最显著的激活区为中央前回、中央后回及扣带回，而前额叶、岛叶也存在一定激活。也有学者对健康被试自主吞咽时的基底节区和小脑进行了观察，Mikio等
和Toogood等
发现除了上述大脑皮质区被激活外，皮质下区的双侧丘脑、壳核、苍白球、尾状核及小脑也与自主吞咽相关。此外，Wan等
发现基底节区损伤会引起环咽肌失弛缓等吞咽问题，Ikjae等
发现尾状核损伤与误吸、渗透的发生存在一定联系。Zald等
运用正电子发射断层显像(Positron emission tomography, PET)对小脑进行了深入的观察发现左侧的小脑脚Ia和小脑半球小叶VI叶被激活，并且小脑的VI叶与吞咽咽期阶段相关。但是Flowers等
的研究认为小脑损伤并不会引起吞咽障碍，故小脑与吞咽功能的相关性仍存在争议。在吞咽的脑干激活研究方面，Komisaruk等
运用功能磁共振(Functional magnetic resonance imaging, fMRI)发现健康被试在吞咽过程中延髓的疑核被激活，而吞咽前食团刺激口腔的过程中孤束核被激活。
测试阶段，对其原烟气的初始浓度进行多次检测，HCl和SO2浓度分别为300mg/m3、120mg/m3左右。如图4所示，采用干法+湿法的脱酸工艺，其HCl和SO2的排放浓度均控制在10 mg/m3以内，其中HCl的排放浓度比SO2要低，主要是因为HCl更易被湿法塔内碱性溶液吸收和反应。HCl和SO2的去除率高达99%和96%。干法+湿法的脱酸工艺同样满足酸性气体超低排放的要求，但其污染物的排放浓度比采用半干法+湿法脱酸工艺的略高，这主要是因干法工艺对酸性组分的去除效果比半干法差。
大多数学者发现吞咽的脑激活区域主要包括大脑皮质、皮质下的基底节与小脑，由于小脑在吞咽功能调节方面的作用存在较大的争议，另外脑干中有重要的吞咽发生器，但是在已往的研究中少有脑干激活区域的报道，因此，本次研究采用AAL分区及Diedrichsen等制定的模版深入观察自主吞咽时的全脑激活区域
，特别是脑干和小脑的激活区域，以建立全脑吞咽功能的处理模型。我们推测自主吞咽时感觉运动区、扣带回、运动前区、基底节区、脑干和小脑等特定区域均被激活。
宋代首位状元，时任开封府判官的许将，还因此吃过一次不小的亏。许将体弱多病，有一天回家晚了，他只好请一名巡卒替自己叫了一辆“的士”。刚好那会儿“夜禁”甚严，马夫又不认识他，为赶时间拼命赶路，一路颠簸中，不仅将许将从马上颠了下来，而且好不容易赶到家门口，却发现大门紧闭。马夫为了喊门就问许将姓名，一问才知道他是著名的开封府判官。马夫怕被追究责任，吓得逃之夭夭，扔下许将一人。
1 资料与方法
1
1 研究对象 2019～2020年选取23例健康受试者进行脑功能核磁共振扫描。其中，男11例、女12例，年龄40～80岁，平均(57
96±10
96)岁。所有被试均吞咽功能正常、无脑梗死、脑出血和脑萎缩等神经系统病史，同意并签署知情同意书。
3
2 皮质下区域 在皮质下区域，我们观察到左侧壳核及双侧丘脑的激活，由此证明了丘脑和壳核与吞咽功能密切相关，这与
等
的研究结果一致。壳核是位于两侧大脑半球深部的灰质团块，属于基底节中豆状核的一部分，主要接收大脑皮层的信息输入，涉及到运动的准备和动作的执行，并且在运动任务启动时活动最为明显
。
等
研究表明吞咽过程中误吸的发生主要与壳核的损伤有关。
等
发现卒中后吞咽困难主要表现为感觉运动皮质-岛叶-壳核这一回路的功能连接存在障碍。本研究推测在健康被试自主吞咽唾液的过程中，壳核直接接收感觉运动皮质的投射，及时启动吞咽相关的动作，避免启动延迟造成吞咽时误吸的发生。丘脑腹后核(
，
)与躯体感觉皮质有关
，
等
在刺激口部感觉和被试吞咽唾液时均发现了丘脑感觉区域的激活。除了与感觉功能相关，丘脑还参与了运动调控
。腹前核(
，
)与前额叶皮质存在联系，参与运动计划的制定，而腹外侧核(
，
)与运动前区和运动区存在联系，参与动作的执行
。丘脑在运动控制中起到信息整合的作用，接受来自大脑皮层的信号，经整合后再将信息传输到复杂的皮质功能网络(包括脊髓、小脑和基底神经节)
。
等
的案例报道中一位单纯丘脑梗死的患者出现了严重的吞咽障碍，其梗死部位主要位于
和
，研究者通过
观察到唇、舌和咀嚼的运动功能不佳、喉上抬运动减弱等情况，这些均说明丘脑均参与支配了吞咽的感知与运动过程。
吞咽整个过程涉及唇、下颌、软腭、咽、喉、食管等多个部位，并由相关神经肌肉控制，完成食团运输。
等
将控制吞咽功能的中枢和周围神经分为3个部分：周围神经、脑干的中枢模式发生器(
，
)及吞咽中枢网络。吞咽功能相关的周围神经分为感觉和运动神经，包括三叉神经、面神经、舌咽神经、迷走神经和舌下神经。吞咽的
位于脑干的延髓，其中的疑核与舌下神经核是传出信息的主要神经核团，控制吞咽相关部位的运动，而孤束核是传入信息的主要神经核团，负责食团感知从而激发吞咽动作
。本次研究结果发现在自主吞咽活动中，脑激活中具有统计学意义的区域涉及到大脑的皮质区和皮质下区域、小脑及脑干中相应的核团。
1
4 统计分析 功能磁共振成像数据的统计分析使用基于一般线性模型(
，
)的质量单变量方法。根据实验范式，我们规定了
设计矩阵和估计
参数使用经典或贝叶斯方法。然后，我们使用对比向量产生统计参数图。超过统计阈值(
-
, P<0
05)的脑区以伪彩色显示为激活。得出的统计参数图行感兴趣区(
,
) 分析，算
的激活体素数目。最后将有统计学意义的脑区融合配准到
分区上表示出来。此模版是
分割时常用的模板之一，在
提取时准确性较高，且结果脑区定位也较精准
。此外，我们又采用了
等
的小脑模板，他提供了更为精确的小脑解剖结构，以便于我们对小脑的激活情况进行精确观察。
2 结果
根据图4，随着反应时间的延长，产品直收率呈阶梯状上升。但经XRD分析，当反应时间为100min时，产品有明显杂峰即产品含有大量杂质，其他反应时间条件下产品均为纯相。由于反应时间的延长，体系反应更彻底，同时，水蒸发量增大，母液体积减小，因此直收率上升。当反应时间延长至40min时，直收率只有少量上升。当反应时间为60min时，直收率有明显上升，且其直收率与反应时间为80min大致相同。当反应时间为100min时，虽然直收率能达到近85%，但产物基本为杂相二钼酸铵，失去试验意义。
剔除2例头动参数大于2
或2°的被试，最后共21例纳入研究。具有统计学意义的全脑自主吞咽激活区域如表所示(表1)。大脑皮质的主要激活区为双侧中央前回(
_
)、左侧补充运动区(
_
_
_
)、内侧及旁扣带回(
_
_
)、眶部额上回(
_
_2_
)、眶部额中回(
_
_2_
)、三角部额下回(
_
_
_
)，颞横回(
_
)等，而皮质下的脑激活区包括了双侧丘脑(
_
)及左侧壳核(
_
)(图2)。小脑的激活区除了小脑半球小叶的
～
区，还包括了小脑蚓小叶
，脑干的亚区也存在激活(图3)。
3 讨论
1
3 图像处理 利用基于
平台的
处理分析脑图像数据。首先，移除起初的6个扫描时间，先经过时间校正、头动校正、原点校正、标准化、平滑等预处理。头动参数大于2
或2°的被试图像被删除。
3
1 大脑皮质区 本研究结果显示：健康被试自主吞咽时激活的大脑皮质区域主要为中央前回、补充运动区、扣带回、前额叶(包括眶额回和三角部)。这些区域在运动控制中起到不同的作用，中央前回为躯体运动中枢，是主动运动启动的重要控制区，但不参与运动的规划与动作的协调
。补充运动区和扣带回主要参与自主运动执行前的准备阶段，其中补充运动区是运动规划和动作执行的关键区域，与多个动作的时间排序有关
，而前扣带回与前额叶之间存在联系，中扣带回与中央前回和中央后回相关
。前额叶区的眶额回与认知功能有关，参与行为的决策
。一些学者也对健康被试自主吞咽时的大脑皮质激活进行了观察，他们发现中央前回、中央后回、辅助运动区、扣带回、前额叶的额上回和额中回都被激活
，且前额叶三角部也与吞咽功能相关
。然而，本研究未观察到中央后回的激活，这一区域在吞咽咽期开始前就已经被激活，在触发反射性吞咽方面起到一定作用
。由此，我们推测本研究的被试执行吞咽任务时需要在30秒内完成3次吞咽动作，吞咽前的准备时间较短，唾液分泌较少，故负责躯体感觉的中央后回在自主吞咽过程中活性不高，统计处理后未观察到激活。
缩略词：
,
(
_
);
,
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,
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(
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_2_
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,
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_
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,
(
_
);
,
,
,
1
2 数据采集 采用
磁共振系统(德国西门子，型号3
0
)，采用标准正交头颅线圈,颅脑常规检查采用横断位
1(
2
5
250)、
2
-
-
(
94
8000)、弥散
序列，矢状位采用
2(
86
6300)序列，必要时加矢状位弥散序列，快速液体衰减反转恢复(
-
,
) 解剖像(对脑组织的容积扫描，层数为96,层厚为1
)对受试者脑部损伤部位进行扫描定位诊断；后行功能检查,功能序列采用单激发平面回波扫描序列(
-
-
，
) 扫描参数包括:
:2
,
:20
,
：240
×240
，
: 64×64，
: 33,
：90°，体素大小(
)：3
4×3
4×4
4
,
=96。本研究采用
设计。脑功能成像采用对血氧水平变化敏感的单次激发
2
-
梯度回波-回波平面成像序列(
-
)记录
信号变化。每位被试均接受192
的
检查。每个
序列开始时均有一段12
无效体素(
)，以确保功能磁信号达到平衡状态，以及6体素的非吞咽时间，紧接着90体素中顺序出现两种对比条件—自主吞咽和非吞咽交替呈现各30
(图1)。吞咽包括3个连续的自主吞咽运动(每次持续10
)，因此每次图像序列包括3个任务交替循环。每个任务包括两种随机序列的视觉线索(“绿灯”和“红灯”)。在被试的视觉正上方放置一面镜子，视觉线索从后面投射到镜子上，被试通过镜子能看到。在脑(区)激活相中，“绿灯”意味着“吞咽”指令，被试进行一次自主空吞咽的动作，此时被试除了此动作之外，无需使用过多的口部运动。在非激活相中，“红灯”意味着“不要吞咽”的指令，被试立刻停止吞咽动作。
3
3 小脑 为了精准探究小脑的吞咽相关区域，本次使用的小脑模版是参照
等
学者制定的小脑图谱，根据小脑的沟回将小脑半球和小脑蚓分别划分为10个区域
。本研究结果显示小脑的主要激活区域为小脑小叶
和
(
_4_5_
)、小脑小叶
(
_6_
、
_6_
)、小脑小叶
(
_7
_
)和小脑蚓小叶
(
_8)。其中小脑小叶
、
与初级感觉运动区相关，小脑小叶
与前额叶和后顶叶皮质联系更为密切
。小脑蚓与运动执行与控制有关，其小叶
-
是大脑初级运动皮质、运动前区、辅助运动区及扣带回的投射区
。本研究结果显示小脑半球存在广泛的激活，包括小脑小叶
～
和小脑蚓小叶
，而非
和
所观察到健康被试在自主吞咽时只有小脑脚
(
)和小脑小叶
的激活
。
2.3 观察组与对照组患儿不良反应发生情况比较 治疗后对疗效予以随访与评估，观察组患儿中有1例出现感染，1例发生电解质紊乱，1例为血小板减少，不良反应率为10.0%，与对照组的36.7%不良反应率比较差异存在统计学意义(P<0.05)，见表3。
3
4 脑干 在一些学者的吞咽研究中，吞咽运动执行时延髓网状结构内的疑核会被激活，而口腔对感知食团与延髓内侧的孤束核相关，且电刺激孤束核会触发吞咽的咽期阶段
。然而，本研究观察到的脑干激活区较少，并且只激活了与视觉功能有关的脑干亚区
，未观察到孤束核和疑核的激活。我们认为被试在依照视觉指令完成自主吞咽和休息交替的过程中，引起了脑干的视觉区被激活。未发现吞咽相关核团的激活可能是因为脑干本身体积以及大多数脑干核团的横截面积较小，本研究使用的是3
0
功能磁共振，其空间分辨率造成观察脑干区域激活情况时受到限制。由于脑干的特殊解剖结构使得运用
研究脑干时受限，
等
提出了运用超高场
观察脑干的优势。
4 结论
本研究通过对21例健康被试自主吞咽唾液时的全脑激活区域的观察，发现中央前回、补充运动区、扣带回、前额叶(包括眶额回和三角部)、丘脑、壳核、以及小脑小叶
和
(
_4_5_
)、小脑小叶
(
_6_
、
_6_
)、小脑小叶
(
_7
_
)和小脑蚓小叶
(
_8)是控制自主吞咽的相关脑区，为建立全脑吞咽功能相关的处理模型提供理论依据。而脑干由于其特殊解剖结构未观察到自主吞咽时的精确激活区域，这可能由于
的局限性，未来可采用其他技术，更加全面地描述皮层状态，以探讨自主吞咽过程中全脑区域的动态变化。
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