觸覺(jué)刺激對(duì)大腦影響機(jī)制的研究進(jìn)展

張娟，王艷國(guó)

觸覺(jué)是一種受多因素綜合影響的刺激，通過(guò)刺激位點(diǎn)啟動(dòng)激活模式，激活一系列機(jī)械感受器和神經(jīng)通路[1]。刺激產(chǎn)生的信號(hào)可以通過(guò)兩種傳入纖維(厚的有髓鞘的Aβ纖維和薄的無(wú)髓鞘的C觸覺(jué)纖維[2])中的其中一種傳入到脊髓，再傳到大腦皮層形成觸覺(jué)信息。觸覺(jué)不僅能傳達(dá)刺激物的特征(感覺(jué)辨別維度，原則上可能是與刺激物的可量化的物理方面相關(guān)聯(lián)的屬性，例如感知材料的粗糙度、軟硬度、黏性和溫度等)[3-4]，而且可以傳達(dá)愉悅感[5]，具有社交屬性[6-7](情感動(dòng)力學(xué)維度)，觸覺(jué)的社交屬性的主要傳入神經(jīng)為CT纖維，負(fù)責(zé)觸覺(jué)愉悅度的辨別[8-10]。

觸覺(jué)的大腦機(jī)制比較復(fù)雜，功能磁共振成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦皮層的三維圖像重建，根據(jù)刺激前后大腦皮層每個(gè)區(qū)域血氧水平的差值，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定激活的閾值，對(duì)圖像進(jìn)行偽彩色標(biāo)注，從而可以觀察不同的體表觸覺(jué)刺激部位與對(duì)應(yīng)大腦皮層區(qū)域之間的聯(lián)系。本文主要介紹觸覺(jué)刺激激活不同腦區(qū)的功能磁共振研究，由于影響激活腦區(qū)的因素比較復(fù)雜，有刺激部位、刺激方式、刺激頻率、刺激力度、刺激速度、年齡等，較為分散，所以本文主要從刺激部位、刺激物的狀態(tài)和年齡3個(gè)主要方面論述，其他的因素則包含在這3個(gè)方面中進(jìn)行討論。

1 刺激部位

關(guān)于刺激部位的選擇，就目前研究來(lái)看，越靠近遠(yuǎn)端，刺激時(shí)選擇的面積越小，如刺激面部或手指時(shí)，以點(diǎn)為主，刺激手掌、手背和足底時(shí)，以稍大的面為主，而刺激前臂或下肢時(shí)，以線(xiàn)狀區(qū)域?yàn)橹?，而關(guān)于更大面積的軀干部，則研究較少。越接近遠(yuǎn)端尤其是對(duì)手指的觸覺(jué)刺激，大腦的激活機(jī)制越復(fù)雜。

1.1 手腳部位

Luigi Tamè等[11]對(duì)健康成年人使用連續(xù)的振動(dòng)刺激同側(cè)或者雙側(cè)手的中指或食指指尖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)刺激兩個(gè)手指時(shí)激活的主要腦區(qū)為雙側(cè)初級(jí)體感皮層(S1)和次級(jí)體感皮層(S2)，具體來(lái)說(shuō)，S1激活區(qū)域雙側(cè)不完全對(duì)稱(chēng)，左側(cè)激活區(qū)域靠后。其他腦區(qū)有右側(cè)額下回、右側(cè)前扣帶皮層、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)后頂葉皮層、雙側(cè)角回、雙側(cè)緣上回、雙側(cè)頂下小葉。值得注意的是，在第2次刺激同源手指(先刺激左手食指或右手食指，接下來(lái)刺激左手食指)或不同源手指(先刺激左手或右手中指，再刺激左手食指)時(shí)均有適應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生，同源手指較非同源手指適應(yīng)效應(yīng)更明顯，S1適應(yīng)性在左側(cè)不顯著，右側(cè)顯著；S2激活區(qū)域其適應(yīng)性?xún)蓚?cè)一致。適應(yīng)性只跟前后刺激的手指是否同源有關(guān)，而與同一只手還是對(duì)側(cè)手沒(méi)有關(guān)系，說(shuō)明大腦處理觸覺(jué)刺激是兩側(cè)結(jié)合的。

Hlushchuk等[12]用由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的氣球隔膜對(duì)健康成年志愿者的不同手指指尖進(jìn)行觸覺(jué)刺激，結(jié)果顯示對(duì)側(cè)的S1區(qū)和雙側(cè)半球的頂島蓋(S2區(qū)域)均有明顯的激活。在同側(cè)S1，中央后回的后壁，在布羅德曼區(qū)(brodmann area，BA)2中能看到另外的小激活簇，在長(zhǎng)期持續(xù)的刺激下，同側(cè)和對(duì)側(cè)S1均可表現(xiàn)出失激活狀態(tài)，而且同側(cè)和對(duì)側(cè)的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層(M1)也表現(xiàn)出失激活狀態(tài)。

Schweizer等[13]對(duì)6名受試者通過(guò)壓電裝置順序刺激右手的5個(gè)指腹，結(jié)果顯示，激活的腦區(qū)為中央溝后壁的BA3b區(qū)域內(nèi)。除了3名受試者表現(xiàn)出完整連續(xù)的激活位點(diǎn)外，其他的受試者中有2人小指未出現(xiàn)激活位點(diǎn)，有1人僅表現(xiàn)出拇指和食指的激活，刺激各手指激活的腦區(qū)有部分重疊性。腦區(qū)的激活與手指解剖位置相對(duì)應(yīng)的順序具有個(gè)體差異性，除了1人激活腦區(qū)的連線(xiàn)比較平滑外，其他人激活腦區(qū)的連線(xiàn)均具有明顯的折角，其中有1人出現(xiàn)中指和無(wú)名指激活位置的倒置現(xiàn)象。關(guān)于倒置的解釋?zhuān)绲难芯烤陀羞^(guò)類(lèi)似的結(jié)果，Baumgartner等[14]通過(guò)腦磁圖結(jié)合腦電圖，用環(huán)電極刺激5個(gè)手指，研究發(fā)現(xiàn)有些相鄰手指的位置有折疊或者倒置，因?yàn)槠淇臻g分辨率較低，所以將其解釋為偽影。Kurth等[15]用環(huán)電極刺激5個(gè)手指，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有1名受試者的食指激活點(diǎn)位于小指的側(cè)面靠下方，作者將其解釋為個(gè)體變異。

Schweisfurth等[16]用震動(dòng)刺激雙側(cè)食指和小指的指尖和基底部，結(jié)果發(fā)現(xiàn)刺激兩個(gè)手指激活的腦區(qū)在預(yù)期范圍S1的BA3b內(nèi)，小指的基底部的投影位于指尖內(nèi)側(cè)中間上方，而食指的基底部和指尖激活沒(méi)有明確的相對(duì)關(guān)系，與解剖結(jié)構(gòu)不一致。

在對(duì)手指進(jìn)行觸覺(jué)刺激時(shí)，激活的腦區(qū)具有一定的個(gè)體差異性，而且不管是刺激不同手指還是刺激同一手指的不同部位，激活腦區(qū)的位置都有與解剖結(jié)構(gòu)不相對(duì)應(yīng)的情況出現(xiàn)，至于不對(duì)應(yīng)的情況與哪些因素相關(guān)，目前還少有對(duì)這方面原因解釋的文章。

Gordon等[17]用水彩刷對(duì)成年人的右手手掌進(jìn)行觸覺(jué)刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)激活的腦區(qū)為左中后腦島、右顳連接和體感皮層。Olausson等[18]用軟毛刷對(duì)右手手掌進(jìn)行觸覺(jué)刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)激活的腦區(qū)為左側(cè)S1、雙側(cè)S2、對(duì)側(cè)島頁(yè)皮層、額葉區(qū)域。

Case等[19]用羊毛刷對(duì)26名成年人的手掌和手背進(jìn)行手動(dòng)刺激，激活的腦區(qū)為右側(cè)S1、右側(cè)S2、前后腦島、丘腦、小腦。刷手背時(shí)緩慢刺激(3 cm/s)與快速刺激(30 cm/s)相比，其在前扣帶皮層的激活有顯著差異，在感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)皮層有輕微差異，S1區(qū)的激活與觸覺(jué)強(qiáng)度相關(guān)，前扣帶皮層激活與愉悅度相關(guān)，與一篇薈萃分析[20]的結(jié)果一致。而不同速度的刺激作用于手掌時(shí)，激活的腦區(qū)無(wú)明顯變化。

手部感覺(jué)比較靈敏，尤其是指腹部，分布著豐富的觸覺(jué)感受器，對(duì)手的觸覺(jué)刺激主要激活S1區(qū)域，但激活單側(cè)還是雙側(cè)，前面幾個(gè)研究得出了不同的結(jié)果，原因究竟是由于刺激手的位置不同還是其他混雜因素例如刺激方式的差異，關(guān)于這一點(diǎn)還有待更進(jìn)一步更精細(xì)的研究。還有些研究觀察到激活M1[13]，究竟是屬于個(gè)體變異還是因?yàn)闃颖玖刻賹?dǎo)致的，以后有待設(shè)計(jì)大樣本研究。

足與手同處于四肢末端，激活的腦區(qū)與刺激手部有一定的相似之處，如S2、腦島部位的激活等。Golaszewski等[21]用電動(dòng)振動(dòng)儀刺激健康成年男性的右腳內(nèi)側(cè)足弓，激活的主要腦區(qū)為雙側(cè)S2、頂下小葉(對(duì)側(cè)BA39、雙側(cè)BA40和BA43)、頂上小葉(楔前葉、雙側(cè)BA5和BA7，以左側(cè)為主)、左腦島后側(cè)(BA13)，其他激活的腦區(qū)為雙側(cè)丘腦(丘腦枕、外側(cè)背核、外側(cè)后核、中線(xiàn)核、腹后外側(cè)核、腹后內(nèi)側(cè)核、腹側(cè)核)、雙側(cè)尾狀核、小腦、初級(jí)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層[包括前后端腦(SM1、BA1、BA2、BA3a、BA3b、BA4)和豆?fàn)詈薦。

1.2 四肢其他部位

與刺激手部的結(jié)果類(lèi)似，刺激四肢其他部位的研究結(jié)果同樣存在激活單側(cè)或雙側(cè)S1的區(qū)別。Gordon等[17]用軟毛刷對(duì)成年人右前臂進(jìn)行觸覺(jué)刺激，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)刺激時(shí)激活的腦區(qū)為體感皮層、左中后腦島、右顳連接、顳上溝后部、前額葉皮層內(nèi)側(cè)和前扣帶回背側(cè)。Olausson等[18]用軟毛刷對(duì)健康成年人的右前臂進(jìn)行觸覺(jué)刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)激活腦區(qū)為對(duì)側(cè)S1、雙側(cè)S2、對(duì)側(cè)島頁(yè)皮層。Bj?rnsdotter等[22]用軟毛刷刺激健康成年人和一名喪失Aβ纖維的患者的右前臂右大腿，結(jié)果顯示軟毛刷刺激在對(duì)健康成年人和患者都激活了雙側(cè)S1、雙側(cè)S2，刺激前臂時(shí)激活S1的位于刺激大腿時(shí)激活區(qū)域的側(cè)下方，而雙側(cè)S2激活區(qū)域沒(méi)有差異。

1.3 面部

Moulton等[23]用尼龍扣帶軟面選擇刺激面部的5個(gè)點(diǎn)，共激活雙側(cè)中央后回、運(yùn)動(dòng)皮層、前運(yùn)動(dòng)皮層、腹側(cè)突內(nèi)區(qū)、頂島蓋，結(jié)果顯示面部皮膚的神經(jīng)支配符合以鼻為原點(diǎn)的洋蔥皮分布(刷子在不同的刺激部位可以引發(fā)相同的激活模式)。

關(guān)于體表部位觸覺(jué)刺激研究，目前大部分主要集中在手指、手掌、上肢前臂、下肢前側(cè)、腳底等，在試驗(yàn)中由于無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使得橫向?qū)Ρ壤щy，如果相應(yīng)研究人員在今后的研究中能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如激活腦區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)、刺激力度、刺激量統(tǒng)一等，則使得各研究間相互比較具有一定的可能性。在刺激面部時(shí)激活的區(qū)域符合洋蔥分布，對(duì)其他部位的對(duì)稱(chēng)刺激研究較少。有研究[22]在刺激同側(cè)上肢和下肢時(shí)激活的腦區(qū)具有很大的相似性，除了面部，身體其他部位是否也存在以某個(gè)部位為原點(diǎn)的對(duì)觸覺(jué)刺激的對(duì)稱(chēng)分布，關(guān)于此方面的研究可以作為一個(gè)思路。

2 刺激物的狀態(tài)

除了刺激部位不同，刺激物也有粗糙度、軟硬度、黏度等的區(qū)別，直接用手接觸受試者，與物體相比，也具有不同的感受，在對(duì)受試者刺激的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生愉悅或者痛苦的情感反應(yīng)，與此相對(duì)應(yīng)，激活腦區(qū)也有一定的差異。Wang等[24]通過(guò)研究健康成年人觸摸不同的織物表面，并區(qū)分其宏觀物理特性(柔韌性)和微觀物理特性(粗糙度)，結(jié)果顯示識(shí)別織物宏觀物理特性的功能區(qū)域在S1，識(shí)別織物微觀物理特性的功能區(qū)在S2的次級(jí)區(qū)域頂島蓋。此外，運(yùn)動(dòng)皮層的激活表示其也許也參與了識(shí)別。

Hua等[25]用不同的刺激物如天鵝絨、絲綢、棉花、滌綸、軟塑料網(wǎng)和硬塑料網(wǎng)等，對(duì)健康成年人的小腿前側(cè)面進(jìn)行刺激，事先通過(guò)量表根據(jù)志愿者的感覺(jué)評(píng)估確定愉快刺激、中性刺激和不愉快刺激，結(jié)果顯示3種條件下共同激活的腦區(qū)包括對(duì)側(cè)S1、雙側(cè)S2以及對(duì)側(cè)中腦島和后腦島皮層在內(nèi)的多個(gè)腦區(qū)。此外，愉快和不愉快的觸摸條件均激活對(duì)側(cè)后頂葉皮層和雙側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層的幾個(gè)腦區(qū)域，愉快觸摸特異性激活的大腦區(qū)域包括雙側(cè)外側(cè)眶額皮質(zhì)、后扣帶皮層、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)、頂葉皮質(zhì)和左側(cè)背外側(cè)前額葉皮層等。不愉快刺激還特別激活了一系列與疼痛相關(guān)的大腦區(qū)域，包括對(duì)側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和雙側(cè)前扣帶皮層的背側(cè)部分等。與不同感覺(jué)的觸摸有關(guān)的大腦區(qū)域在靜息狀態(tài)下具有顯著的功能連接，此外，這種連接網(wǎng)可以在不同感覺(jué)的刺激條件之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

Williams等[26]用毛刷、軟毛和硬筆頭刺激嬰兒的腳底從腳趾到腳后跟4～6 cm的范圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)毛刷刺激激活雙側(cè)S1、楔前葉、內(nèi)側(cè)額極和腦島，軟毛點(diǎn)刺激活雙側(cè)楔前葉、腹外側(cè)前額葉皮層、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、次級(jí)扣帶皮層、背內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)，用硬筆頭點(diǎn)刺腳底激活雙側(cè)額葉、楔前葉、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)域。

Sliz等[27]用3種不同的按摩方式按摩健康成年人的右腳腳底，第1種是瑞典按摩法(用揉捏法、輕撫法、縱向和橫向的搓揉按摩法，以放松為主)；第2種是經(jīng)典的足療法(用手指勾住腳，食指和拇指向后移動(dòng)，以刺激腳上的反射區(qū)為主)；第3種是用木頭按摩法，并設(shè)置沒(méi)有任何按摩的空白對(duì)照組。為了避免參加者注意力不集中，在按摩的同時(shí)進(jìn)行一個(gè)識(shí)別“X”與“非X”的非認(rèn)知能力的任務(wù)，結(jié)果表明前扣帶皮層膝部在靜息態(tài)時(shí)活躍(4組均有，以瑞典按摩組最大)，在認(rèn)知任務(wù)時(shí)被抑制。瑞典按摩使前扣帶皮層膝部和后扣帶皮層只在任務(wù)態(tài)時(shí)激活，足療法使后扣帶皮層在靜息態(tài)時(shí)被激活，用木頭按摩時(shí)后扣帶皮層在任務(wù)態(tài)被激活，說(shuō)明按摩方式不同，激活的腦區(qū)也不同。

Yeon等[4]模擬蜥蜴和壁虎爬行墊，通過(guò)用聚二甲基硅氧烷加入快速催化劑的比例改變黏度(催化劑比例越大，黏度越小)制成圓形的觸摸墊，志愿者用右手食指觸摸圓形墊，用丙烯酸樹(shù)脂材料做成方形墊作為空白對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，志愿者感覺(jué)有黏度的催化劑比例閾值是7.47%(比例小于7.47%稱(chēng)為閾值上，大于7.47%稱(chēng)為閾值下)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，閾值上組激活的腦區(qū)為對(duì)側(cè)中央后回(BA1-BA3、S1)、額中回(BA9、背外側(cè)前額葉皮層)，線(xiàn)性關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，黏度與激活腦區(qū)無(wú)顯著線(xiàn)性關(guān)系；閾值下組與對(duì)照組相比無(wú)明顯的激活；閾值上組與閾值下組相比，激活的腦區(qū)為對(duì)側(cè)基底節(jié)區(qū)域(蒼白球、殼核、尾狀核)、同側(cè)基底節(jié)區(qū)域(尾狀核、丘腦區(qū)域)、腦島、顳中回、顳上回。通過(guò)線(xiàn)性關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，除了同側(cè)尾狀核、顳中回，其他6個(gè)區(qū)域血氧水平依賴(lài)響應(yīng)強(qiáng)度與黏度呈正相關(guān)關(guān)系。

3 年齡

小兒從出生后，大腦處于不斷的發(fā)育中，到某一個(gè)年齡段大腦功能基本趨于穩(wěn)定。Bj?rnsdotter等[28]通過(guò)刺激兒童、青少年、成人3個(gè)年齡段的志愿者的右前臂和右手掌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)成人組刺激右前臂和刺激右手掌激活的腦區(qū)相同，為對(duì)側(cè)S1、雙側(cè)S2、對(duì)側(cè)島頁(yè)皮層、前額葉皮層、后顳上溝；青少年組和兒童組刺激右前臂激活的腦區(qū)為對(duì)側(cè)S2、對(duì)側(cè)島頁(yè)皮層，刺激右手掌激活的腦區(qū)為對(duì)側(cè)S2。

Kida等[29]分別用木頭和用棉花包裹的天鵝絨包裝的木頭對(duì)嬰兒的手掌進(jìn)行刺激，產(chǎn)生中性觸覺(jué)和愉快的情感觸覺(jué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)年齡和刺激物對(duì)于氧合血紅蛋白的濃度有顯著的相互作用。10個(gè)月齡的嬰兒，與木頭相比，通過(guò)與天鵝絨接觸顯示前額葉皮層的雙側(cè)活化增加，而3個(gè)月和6個(gè)月大的嬰兒沒(méi)有此效應(yīng)。天鵝絨和木頭(天鵝絨減去木頭)之間的羥基血紅蛋白濃度差異顯示，與3個(gè)月和6個(gè)月大的嬰兒相比，10個(gè)月大的嬰兒雙側(cè)大腦半球產(chǎn)生的激活增加， 因此，氧合血紅蛋白濃度的發(fā)展變化的臨界點(diǎn)在6～10個(gè)月。關(guān)于觸覺(jué)刺激對(duì)不同年齡的受試者激活不同腦區(qū)的研究，雖然能大致確定不同年齡段的大腦機(jī)制不同，但是還沒(méi)有細(xì)化到具體哪個(gè)年齡段發(fā)生變化。

綜上所述，本研究從3個(gè)方面討論了觸覺(jué)刺激與相應(yīng)腦區(qū)的關(guān)系，由于檢測(cè)觸覺(jué)激活腦區(qū)的方式是對(duì)刺激前后的大腦皮層區(qū)域的血氧水平進(jìn)行對(duì)比，對(duì)前后差值超過(guò)一定值的腦區(qū)定義為激活或抑制區(qū)域，但由于大腦結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性，目前對(duì)血氧水平的差值缺乏一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，在激活腦區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)上缺乏一致性。

觸覺(jué)激活腦區(qū)作為大腦的基礎(chǔ)研究，只是大腦功能的一部分，在這種功能腦區(qū)重建的過(guò)程中，大腦的觸覺(jué)機(jī)制會(huì)不斷地被發(fā)掘出來(lái)，處理觸覺(jué)刺激的大腦機(jī)制目前一直在探索中，但是不同研究得出的結(jié)論并不一致。除了刺激物的控制，還有操作對(duì)象的差異、刺激速度、刺激模式等各方面的綜合因素，如何消除各種其他混雜因素的影響，是今后研究的重點(diǎn)。