臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后大腦運動皮質(zhì)遠期功能重組

劉 彬 華續(xù)赟 劉含秋 湯偉軍 張俊海 馮曉源

臂叢神經(jīng)損傷后手部運動功能的恢復一直是手外科領域的難題，顧玉東首創(chuàng)的健側(cè)C7神經(jīng)移位術是將健側(cè)C7神經(jīng)根以尺神經(jīng)作橋接，連接正中神經(jīng)從而達到恢復患側(cè)肢體感覺運動功能的目的[1]。臂叢神經(jīng)損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后大腦皮質(zhì)也會產(chǎn)生相應的變化以適應外周神經(jīng)傳入通道的改變，即大腦皮質(zhì)發(fā)生功能重組[2]。

現(xiàn)有的動物實驗表明在外周神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術后，大腦可以成功實現(xiàn)跨大腦半球的功能重組[2-4]。少數(shù)有限的臨床實驗也研究了外周神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術后，跨大腦半球的功能重組情況，但又局限于短期內(nèi)發(fā)生的功能重組[5]。Beaulieu等[5]用功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的方法研究了臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術13～25個月后腦功能重組的情況，發(fā)現(xiàn)患肢運動時激活區(qū)主要位于患肢同側(cè)運動皮質(zhì)，說明支配患肢運動的腦區(qū)由原來的患肢對側(cè)“轉(zhuǎn)移”到患肢同側(cè)大腦皮質(zhì)，實現(xiàn)了跨大腦半球的運動功能重組。但是這些研究忽略了大腦在術后遠期功能重組的研究。本實驗利用fMRI研究臂叢神經(jīng)損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后平均（71±39.8）個月患側(cè)肢體運動激活腦功能區(qū)的變化，探討在外周神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術后大腦皮質(zhì)遠期功能重組變化的可能機制。

方 法

1. 研究對象

經(jīng)臨床檢查和手術證實全臂叢神經(jīng)損傷患者8例，均為男性。年齡平均為32歲。所選術后病例均為健側(cè)C7神經(jīng)根移位于患處正中神經(jīng)，所有患者在移位術兩年以上，平均（71±39.8）個月以后行MRI掃描。其中右側(cè)全臂叢神經(jīng)根性損傷者5例，左側(cè)者3例。肌電圖顯示神經(jīng)損傷范圍從C5到T1節(jié)前損傷。8例患者經(jīng)臨床檢查無精神異常，所有被試無中樞神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性疾病，無嚴重軀體疾病、藥物或酒精依賴者。

健康志愿者9例，均為男性。年齡平均26歲，無神經(jīng)系統(tǒng)異常、精神異常和藥物濫用情況。

2. 檢查方法

2.1 MR設備和成像方法：全部掃描是應用美國GE 公司生產(chǎn)的Signa 3.0T Signa VH/i MRI成像系統(tǒng)進行掃描，利用8通道線圈。所選用的掃描序列和參數(shù)：定位像掃描：采用自旋回波（SE）序列T1加權，矢狀位，TR440ms，TE11ms，層厚6mm，間距3mm，F(xiàn)OV240mm×240mm，矩陣256×192。以中間一層作為結(jié)構像的定位依據(jù)。結(jié)構像掃描：根據(jù)定位像選取平行于AC-PC的掃描平面。采用SE序列T1WI，TR500ms，TE14ms，層厚5mm，間距0mm，F(xiàn)OV240mm×240mm，矩陣256×256。功能像掃描：任務下：T2*WI采用梯度回波-回波平面成像(GRE-EPI)序列，在與結(jié)構像相同的位置進行掃描，TR3000ms，TE35ms，翻轉(zhuǎn)角度90o，F(xiàn)OV240mm×240mm，矩陣64×64，層厚5mm，間隔0mm，時間192s。三維全腦結(jié)構像掃描：高分辨率三維結(jié)構圖像采用快速擾相位梯度回波翻轉(zhuǎn)恢復（FSPGRIR）脈沖序列（T1加權），橫斷位，TR11.1ms，TE5ms，F(xiàn)LA20°，層數(shù)172層，層厚1.0mm，無間隔，F(xiàn)OV240mm×240mm，矩陣256×256。

2.2 運動任務：①準備：受檢者均經(jīng)過短期的運動和適應性訓練，告知運動方式、節(jié)奏、周期，強調(diào)檢查過程中保持頭部制動等注意事項。被試者平躺檢查床上，海綿墊固定頭部，為減少噪聲予棉球塞耳，統(tǒng)一指導語，同時進行心理輔導，以保證被試者配合。在掃描過程中嚴格監(jiān)視有無頭動以及運動的執(zhí)行情況。②掃描：運動任務是指單側(cè)手的抓握運動，不能完成該任務時改為“模擬”手部的抓握運動。該任務均按2Hz的節(jié)律進行。③試驗設計采用BLOCK模式：運動—靜息—運動—靜息—運動—靜息，共六個時相。每個序列掃描時間為192s，其中前12s為預掃描。功能相正式采集時間為180s。靜息和運動持續(xù)時間均為30s。

3. 數(shù)據(jù)處理

使用統(tǒng)計參數(shù)圖SPM8軟件完成圖像分析。首先去除最初始4個TR的數(shù)據(jù)來消除磁場不均勻效應，使信號達到穩(wěn)定。剩余圖像接受頭動校正（motion correction）、時間維度預處理（slice timing）、空間標準化（spatial normalization）和圖像平滑（smoothing）處理，圖像平滑的半最大值全寬（full width at half maximum, FWHM）為8mm、8mm、8mm。興奮體素（voxel）的檢驗采用廣義線性模型（general model）進行t檢驗。對單個被試，P＜0.00001，體素數(shù)＞5voxel的團塊認為是興奮區(qū)。對右側(cè)臂叢損傷的5例患者，我們在組內(nèi)進行單樣本t檢驗，P＜0.01，體素數(shù)＞5voxel的團塊認為是興奮區(qū)。同時我們對9名正常對照做組分析，采用單樣本t檢驗，P＜0.01，體素數(shù)＞5voxel的團塊被認為是激活區(qū)。

在以下描述中同側(cè)半球（同側(cè)）定義為與運動肢體相同一側(cè)的大腦半球；對側(cè)半球（對側(cè)）定義為與運動肢體相對一側(cè)的大腦半球。感覺相關區(qū)域不列入本研究。

為了在評價不同大腦半球在不同任務中激活的程度，我們將一個任務下激活的對側(cè)半球的運動腦區(qū)之體素數(shù)減去同側(cè)半球激活運動腦區(qū)之體素數(shù)，所得結(jié)果再除以兩者之和，計算得到一個偏側(cè)化系數(shù)L。若L＞0則表明對側(cè)半球激活程度大于同側(cè)半球；反之，若L＜0則表明同側(cè)半球激活程度大于對側(cè)半球。該系數(shù)的計算表達式為：

[∑(對側(cè)半球激活體素數(shù))－∑（同側(cè)半球激活體素數(shù)）] / [∑(對側(cè)半球激活體素數(shù))+∑（同側(cè)半球激活體素數(shù)）]。

結(jié) 果

1. 健康對照單側(cè)手運動主要激活對側(cè)皮質(zhì)運動腦區(qū)

右手運動：所有正常對照右手運動時均激活左側(cè)初級運動區(qū)（primary motor area, M1區(qū)），即中央前回中段（手部運動代表區(qū)），各被試激活的M1區(qū)空間坐標保持基本相似。正常被試右手運動時有7名被試激活左側(cè)輔助運動區(qū)（supplementary motor area, SMA區(qū)）。另外，有3名被試右手運動時激活了右側(cè)M1區(qū)，4名被試激活右側(cè)SMA區(qū)。

左手運動：所有正常對照左手運動均激活右側(cè)大腦半球M1區(qū)，并有6例激活右側(cè)SMA區(qū)。另外，左手運動時5名正常被試激活了左側(cè)M1區(qū)，7名被試激活左側(cè)SMA區(qū)。正常對照組單側(cè)手運動時激活腦區(qū)見表1。

表1 健康對照左、右手運動激活腦區(qū)

正常被試單側(cè)手運動（左手及右手運動）時激活運動腦區(qū)的偏側(cè)化系數(shù)L＞0，即單側(cè)手運動主要激活對側(cè)運動腦區(qū)?？梢哉J為，正常對照單側(cè)手運動時主要激活對側(cè)大腦半球M1區(qū)而同時激活雙側(cè)SMA區(qū)。

我們對9名正常被試做組分析，組分析結(jié)果顯示單側(cè)手運動激活腦區(qū)主要位于對側(cè)M1區(qū)和SMA區(qū)（圖1,2）。右手運動激活M1區(qū)的最大激活體素坐標（MNI坐標）為[-36,-22,52]，右手運動激活SMA區(qū)的最大激活體素坐標為[-6,-4,52]，左手運動激活M1區(qū)的最大激活體素坐標為[42,-16,46]，左手運動激活SMA區(qū)的最大激活體素坐標為[9,-7,55]。

2. 神經(jīng)移位術后患者單手運動激活腦區(qū)

患者健側(cè)手運動激活腦區(qū)：所有患者（左側(cè)臂叢損傷和右側(cè)臂叢損傷患者）健側(cè)手運動時均激活對側(cè)M1區(qū)，同時7例患者激活對側(cè)SMA區(qū)。4例患者患側(cè)手運動時激活同側(cè)M1區(qū)，7例患者激活同側(cè)SMA區(qū)（表2）。

表2 患者健、患側(cè)手運動激活腦區(qū)

患手運動激活的腦區(qū)：5例右側(cè)臂叢損傷患者患手運動均在對側(cè)大腦半球M1區(qū)（手部運動代表區(qū)）產(chǎn)生較強烈的信號變化，并且其中4例患者患手運動時在對側(cè)SMA區(qū)產(chǎn)生激活區(qū)，另外有3例患者在患側(cè)手運動時激活同側(cè)M1區(qū)，4例患者激活同側(cè)SMA區(qū)（表2）。左側(cè)臂叢損傷患者患手運動時均在對側(cè)大腦半球M1區(qū)產(chǎn)生較強烈的信號變化，同時3例左側(cè)臂叢損傷患者患手運動都激活了雙側(cè)SMA區(qū)以及同側(cè)M1區(qū)，但患手運動時激活對側(cè)M1區(qū)的范圍和程度大于同側(cè)M1區(qū)（圖3）。所有患者患手運動激活對側(cè)M1區(qū)的范圍和程度均大于同側(cè)M1區(qū)。

患者健側(cè)手運動時，激活腦區(qū)偏側(cè)化系數(shù)均為正值，表明健側(cè)手運動時主要激活對側(cè)大腦半球運動腦區(qū)?；颊呋紓?cè)手運動時，激活腦區(qū)偏側(cè)化系數(shù)L均大于0。這表明患者在臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，對側(cè)大腦半球在支配患肢的運動中起主要作用。

我們對右側(cè)臂叢損傷的5例患者進行組分析，結(jié)果顯示右手運動主要激活左側(cè)大腦半球的M1區(qū)、SMA區(qū)。M1區(qū)的最大激活體素坐標為[-18,-19,61]，SMA區(qū)的最大激活體素坐標為[-3,-7,52]。組分析結(jié)果顯示同側(cè)大腦半球M1區(qū)無激活體素，僅有少量的SMA區(qū)激活（圖4）。組分析結(jié)果再次表明患者在臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，對側(cè)大腦半球在支配患肢的運動中起主要作用。

3.右側(cè)臂叢損傷患者患肢運動和健康對照右手運動組分析結(jié)果比較

和正常對照右手運動激活腦區(qū)組分析結(jié)果相比，右側(cè)臂叢損傷患者患側(cè)肢體運動時激活的腦區(qū)散在，形態(tài)不規(guī)則，激活強度較弱。

討 論

臂叢神經(jīng)損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后大腦運動功能重組的動態(tài)變化過程已經(jīng)被很多動物實驗發(fā)現(xiàn)并證實[2-4]。在動物臂叢神經(jīng)損傷并行健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，研究者發(fā)現(xiàn)手術16周后，患肢運動功能定位區(qū)域只出現(xiàn)在患肢同側(cè)皮質(zhì)；手術28周后，患肢的運動功能定位域在雙側(cè)大腦皮質(zhì)；而術后40周時，患肢運動功能定位域則只出現(xiàn)在對側(cè)大腦皮質(zhì)[4]。動物實驗結(jié)果所揭示的大腦可塑性動態(tài)變化過程表明健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，大腦可以成功實現(xiàn)跨大腦半球的功能重組。已有的神經(jīng)電生理以及功能影像學研究表明，即使在成人發(fā)生臂叢損傷后，大腦也能發(fā)生類似動物實驗的功能重組[6-7]。Malessy等[7]發(fā)現(xiàn)在臂叢損傷肋間神經(jīng)移位術后，患側(cè)肘部運動激活了對側(cè)大腦皮質(zhì)肘部的運動功能代表區(qū)，而不是肋間神經(jīng)的功能代表區(qū)，說明大腦皮質(zhì)在外周神經(jīng)損傷神經(jīng)移位后發(fā)生了功能重組，但這種功能重組發(fā)生在一側(cè)大腦半球之內(nèi)，即由肋間神經(jīng)的原功能代表區(qū)“轉(zhuǎn)移”到同一側(cè)大腦半球的肘部的運動功能代表區(qū)。Beaulieu等[5]用fMRI的方法研究臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后腦功能重組的情況發(fā)現(xiàn)患肢運動時，在雙側(cè)大腦運動皮質(zhì)發(fā)現(xiàn)激活區(qū)，但激活區(qū)主要位于同側(cè)皮質(zhì)，對側(cè)運動皮質(zhì)的激活與通過胼胝體的跨大腦半球的抑制作用減少有關。但是這些實驗只是研究了臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后短期(平均17個月)內(nèi)大腦功能重組的情況，這些實驗還不能反映人腦在神經(jīng)移位術后遠期變化的情況。而Zuo等[8]利用PET對臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術長時間后，跨大腦半球功能重組的研究發(fā)現(xiàn)在術后平均（69±12）個月患者患肢運動激活腦區(qū)主要位于對側(cè)運動皮質(zhì)。本實驗運用fMRI的方法進行研究，實驗結(jié)果與Zuo等[8]的實驗結(jié)果一致，再次驗證了在臂叢神經(jīng)損傷神經(jīng)移位術后，大腦皮質(zhì)遠期功能重組的表現(xiàn)為患肢運動可以通過健側(cè)的C7神經(jīng)，激活其原來的運動功能代表區(qū)。

本實驗發(fā)現(xiàn)臂叢神經(jīng)損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，手部運動代表區(qū)和正常人相比表現(xiàn)出分布散在、形態(tài)不規(guī)則的特點。這種特點與文獻報道的一致[7,9,10]。這種表現(xiàn)可能與臂叢損傷后行健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，雖然斷端神經(jīng)可以通過再生等方式相連，但畢竟神經(jīng)完整性遭受到創(chuàng)傷，移位的神經(jīng)還不能完全代替原來的神經(jīng)，使得肢體運動代表區(qū)的分布和形態(tài)無法恢復到與原來運動代表區(qū)完全一致的狀態(tài)。

按照神經(jīng)傳導的基本理論，健康人群的一側(cè)肢體運動主要激活對側(cè)大腦皮質(zhì)運動腦區(qū)。而一側(cè)臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后，患側(cè)肢體正中神經(jīng)通過健側(cè)C7神經(jīng)與健側(cè)肢體正中神經(jīng)一起共用同一椎體束連接到患肢同側(cè)大腦皮質(zhì)，從而造成患側(cè)肢體神經(jīng)傳導通路發(fā)生改變。由于神經(jīng)傳導通路的這種改變，按照神經(jīng)傳導基本理論，患側(cè)肢體運動產(chǎn)生的激活腦區(qū)應該在與其直接相連的同側(cè)大腦皮質(zhì)運動腦區(qū)，然而神經(jīng)移位術長時間后，患肢運動主要激活區(qū)卻出現(xiàn)在對側(cè)大腦運動皮質(zhì)，即患肢運動的原功能區(qū)所在大腦半球。本研究發(fā)現(xiàn)，所有患者患手運動均在對側(cè)大腦半球M1區(qū)產(chǎn)生較強烈的激活區(qū)；患者健側(cè)手運動時，激活腦區(qū)偏側(cè)化系數(shù)均為正值，而患者患側(cè)手運動激活腦區(qū)的偏側(cè)化系數(shù)（L）同樣均大于0。結(jié)果表明雖然損傷的臂叢通過健側(cè)C7神經(jīng)與同側(cè)大腦半球相連，患肢與對側(cè)大腦半球并沒有直接相連，但在神經(jīng)移位術后患肢運動的主要激活區(qū)卻出現(xiàn)在對側(cè)大腦皮質(zhì)手部代表區(qū)，表明神經(jīng)移位術后，大腦試圖利用原功能區(qū)來恢復對患側(cè)肢體的控制。

臂叢損傷健側(cè)C7神經(jīng)移位術后腦功能重組是一個復雜的過程，該過程發(fā)生不僅僅是一種簡單機制作用的結(jié)果，而是多機制、多層次、多通路的綜合結(jié)果[11-13]。盡管臂叢損傷神經(jīng)移位術后腦功能重組是一個如此復雜的過程，但是我們認為，發(fā)生這種復雜過程的結(jié)果是大腦最終會試圖利用原軀體運動區(qū)對患肢運動進行控制。

由于全臂叢損傷病例在臨床上比較少見，很難收集大樣本量的病例進行組分析，同時，由于隨訪難度高，很難做到對每個患者做術前以及術后不同時期的fMRI檢查，以縱向比較不同時期大腦運動功能區(qū)的變化情況。盡管本研究樣本量相對較少，但已是目前全臂叢損傷神經(jīng)移位術后隨訪平均時間最長，且是術后超過4年以上報道最多的，這對研究外周神經(jīng)損傷后大腦運動功能遠期重組的趨勢，對揭示全臂叢損傷神經(jīng)移位術后腦運動皮質(zhì)遠期功能重組的總體規(guī)律有更重要的意義。