健康人群自主吞咽的全腦激活部位研究

吞咽是人類的一項重要生理功能，保證人體攝入足夠的營養(yǎng)，以維持正常生存。自主吞咽(Voluntary swallow，VS)指人在清醒的狀態(tài)下有意識地吞咽唾液，其中央模式發(fā)生器(Central pattern generator，CPG)位于腦干

。自主吞咽涉及到大腦皮質(zhì)和皮質(zhì)下區(qū)域，范圍較廣。近年來，一些學(xué)者對自主吞咽的腦激活區(qū)域進行了定位研究。Kern等

和Martin等

觀察了健康被試在自主吞咽時的大腦皮質(zhì)情況，最顯著的激活區(qū)為中央前回、中央后回及扣帶回，而前額葉、島葉也存在一定激活。也有學(xué)者對健康被試自主吞咽時的基底節(jié)區(qū)和小腦進行了觀察，Mikio等

和Toogood等

發(fā)現(xiàn)除了上述大腦皮質(zhì)區(qū)被激活外，皮質(zhì)下區(qū)的雙側(cè)丘腦、殼核、蒼白球、尾狀核及小腦也與自主吞咽相關(guān)。此外，Wan等

發(fā)現(xiàn)基底節(jié)區(qū)損傷會引起環(huán)咽肌失弛緩等吞咽問題，Ikjae等

發(fā)現(xiàn)尾狀核損傷與誤吸、滲透的發(fā)生存在一定聯(lián)系。Zald等

運用正電子發(fā)射斷層顯像(Positron emission tomography, PET)對小腦進行了深入的觀察發(fā)現(xiàn)左側(cè)的小腦腳Ia和小腦半球小葉VI葉被激活，并且小腦的VI葉與吞咽咽期階段相關(guān)。但是Flowers等

的研究認(rèn)為小腦損傷并不會引起吞咽障礙，故小腦與吞咽功能的相關(guān)性仍存在爭議。在吞咽的腦干激活研究方面，Komisaruk等

運用功能磁共振(Functional magnetic resonance imaging, fMRI)發(fā)現(xiàn)健康被試在吞咽過程中延髓的疑核被激活，而吞咽前食團刺激口腔的過程中孤束核被激活。

測試階段，對其原煙氣的初始濃度進行多次檢測，HCl和SO2濃度分別為300mg/m3、120mg/m3左右。如圖4所示，采用干法+濕法的脫酸工藝，其HCl和SO2的排放濃度均控制在10 mg/m3以內(nèi)，其中HCl的排放濃度比SO2要低，主要是因為HCl更易被濕法塔內(nèi)堿性溶液吸收和反應(yīng)。HCl和SO2的去除率高達(dá)99%和96%。干法+濕法的脫酸工藝同樣滿足酸性氣體超低排放的要求，但其污染物的排放濃度比采用半干法+濕法脫酸工藝的略高，這主要是因干法工藝對酸性組分的去除效果比半干法差。

大多數(shù)學(xué)者發(fā)現(xiàn)吞咽的腦激活區(qū)域主要包括大腦皮質(zhì)、皮質(zhì)下的基底節(jié)與小腦，由于小腦在吞咽功能調(diào)節(jié)方面的作用存在較大的爭議，另外腦干中有重要的吞咽發(fā)生器，但是在已往的研究中少有腦干激活區(qū)域的報道，因此，本次研究采用AAL分區(qū)及Diedrichsen等制定的模版深入觀察自主吞咽時的全腦激活區(qū)域

，特別是腦干和小腦的激活區(qū)域，以建立全腦吞咽功能的處理模型。我們推測自主吞咽時感覺運動區(qū)、扣帶回、運動前區(qū)、基底節(jié)區(qū)、腦干和小腦等特定區(qū)域均被激活。

宋代首位狀元，時任開封府判官的許將，還因此吃過一次不小的虧。許將體弱多病，有一天回家晚了，他只好請一名巡卒替自己叫了一輛“的士”。剛好那會兒“夜禁”甚嚴(yán)，馬夫又不認(rèn)識他，為趕時間拼命趕路，一路顛簸中，不僅將許將從馬上顛了下來，而且好不容易趕到家門口，卻發(fā)現(xiàn)大門緊閉。馬夫為了喊門就問許將姓名，一問才知道他是著名的開封府判官。馬夫怕被追究責(zé)任，嚇得逃之夭夭，扔下許將一人。

1 資料與方法

1

1 研究對象 2019～2020年選取23例健康受試者進行腦功能核磁共振掃描。其中，男11例、女12例，年齡40～80歲，平均(57

96±10

96)歲。所有被試均吞咽功能正常、無腦梗死、腦出血和腦萎縮等神經(jīng)系統(tǒng)病史，同意并簽署知情同意書。

3

2 皮質(zhì)下區(qū)域 在皮質(zhì)下區(qū)域，我們觀察到左側(cè)殼核及雙側(cè)丘腦的激活，由此證明了丘腦和殼核與吞咽功能密切相關(guān)，這與

等

的研究結(jié)果一致。殼核是位于兩側(cè)大腦半球深部的灰質(zhì)團塊，屬于基底節(jié)中豆?fàn)詈说囊徊糠郑饕邮沾竽X皮層的信息輸入，涉及到運動的準(zhǔn)備和動作的執(zhí)行，并且在運動任務(wù)啟動時活動最為明顯

。

等

研究表明吞咽過程中誤吸的發(fā)生主要與殼核的損傷有關(guān)。

等

發(fā)現(xiàn)卒中后吞咽困難主要表現(xiàn)為感覺運動皮質(zhì)-島葉-殼核這一回路的功能連接存在障礙。本研究推測在健康被試自主吞咽唾液的過程中，殼核直接接收感覺運動皮質(zhì)的投射，及時啟動吞咽相關(guān)的動作，避免啟動延遲造成吞咽時誤吸的發(fā)生。丘腦腹后核(

，

)與軀體感覺皮質(zhì)有關(guān)

，

等

在刺激口部感覺和被試吞咽唾液時均發(fā)現(xiàn)了丘腦感覺區(qū)域的激活。除了與感覺功能相關(guān)，丘腦還參與了運動調(diào)控

。腹前核(

，

)與前額葉皮質(zhì)存在聯(lián)系，參與運動計劃的制定，而腹外側(cè)核(

，

)與運動前區(qū)和運動區(qū)存在聯(lián)系，參與動作的執(zhí)行

。丘腦在運動控制中起到信息整合的作用，接受來自大腦皮層的信號，經(jīng)整合后再將信息傳輸?shù)綇?fù)雜的皮質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)(包括脊髓、小腦和基底神經(jīng)節(jié))

。

等

的案例報道中一位單純丘腦梗死的患者出現(xiàn)了嚴(yán)重的吞咽障礙，其梗死部位主要位于

和

，研究者通過

觀察到唇、舌和咀嚼的運動功能不佳、喉上抬運動減弱等情況，這些均說明丘腦均參與支配了吞咽的感知與運動過程。

吞咽整個過程涉及唇、下頜、軟腭、咽、喉、食管等多個部位，并由相關(guān)神經(jīng)肌肉控制，完成食團運輸。

等

將控制吞咽功能的中樞和周圍神經(jīng)分為3個部分：周圍神經(jīng)、腦干的中樞模式發(fā)生器(

，

)及吞咽中樞網(wǎng)絡(luò)。吞咽功能相關(guān)的周圍神經(jīng)分為感覺和運動神經(jīng)，包括三叉神經(jīng)、面神經(jīng)、舌咽神經(jīng)、迷走神經(jīng)和舌下神經(jīng)。吞咽的

位于腦干的延髓，其中的疑核與舌下神經(jīng)核是傳出信息的主要神經(jīng)核團，控制吞咽相關(guān)部位的運動，而孤束核是傳入信息的主要神經(jīng)核團，負(fù)責(zé)食團感知從而激發(fā)吞咽動作

。本次研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在自主吞咽活動中，腦激活中具有統(tǒng)計學(xué)意義的區(qū)域涉及到大腦的皮質(zhì)區(qū)和皮質(zhì)下區(qū)域、小腦及腦干中相應(yīng)的核團。

1

4 統(tǒng)計分析 功能磁共振成像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析使用基于一般線性模型(

，

)的質(zhì)量單變量方法。根據(jù)實驗范式，我們規(guī)定了

設(shè)計矩陣和估計

參數(shù)使用經(jīng)典或貝葉斯方法。然后，我們使用對比向量產(chǎn)生統(tǒng)計參數(shù)圖。超過統(tǒng)計閾值(

-

, P<0

05)的腦區(qū)以偽彩色顯示為激活。得出的統(tǒng)計參數(shù)圖行感興趣區(qū)(

,

) 分析，算

的激活體素數(shù)目。最后將有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)融合配準(zhǔn)到

分區(qū)上表示出來。此模版是

分割時常用的模板之一，在

提取時準(zhǔn)確性較高，且結(jié)果腦區(qū)定位也較精準(zhǔn)

。此外，我們又采用了

等

的小腦模板，他提供了更為精確的小腦解剖結(jié)構(gòu)，以便于我們對小腦的激活情況進行精確觀察。

2 結(jié)果

根據(jù)圖4，隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品直收率呈階梯狀上升。但經(jīng)XRD分析，當(dāng)反應(yīng)時間為100min時，產(chǎn)品有明顯雜峰即產(chǎn)品含有大量雜質(zhì)，其他反應(yīng)時間條件下產(chǎn)品均為純相。由于反應(yīng)時間的延長，體系反應(yīng)更徹底，同時，水蒸發(fā)量增大，母液體積減小，因此直收率上升。當(dāng)反應(yīng)時間延長至40min時，直收率只有少量上升。當(dāng)反應(yīng)時間為60min時，直收率有明顯上升，且其直收率與反應(yīng)時間為80min大致相同。當(dāng)反應(yīng)時間為100min時，雖然直收率能達(dá)到近85%，但產(chǎn)物基本為雜相二鉬酸銨，失去試驗意義。

剔除2例頭動參數(shù)大于2

或2°的被試，最后共21例納入研究。具有統(tǒng)計學(xué)意義的全腦自主吞咽激活區(qū)域如表所示(表1)。大腦皮質(zhì)的主要激活區(qū)為雙側(cè)中央前回(

_

)、左側(cè)補充運動區(qū)(

_

_

_

)、內(nèi)側(cè)及旁扣帶回(

_

_

)、眶部額上回(

_

_2_

)、眶部額中回(

_

_2_

)、三角部額下回(

_

_

_

)，顳橫回(

_

)等，而皮質(zhì)下的腦激活區(qū)包括了雙側(cè)丘腦(

_

)及左側(cè)殼核(

_

)(圖2)。小腦的激活區(qū)除了小腦半球小葉的

～

區(qū)，還包括了小腦蚓小葉

，腦干的亞區(qū)也存在激活(圖3)。

3 討論

1

3 圖像處理 利用基于

平臺的

處理分析腦圖像數(shù)據(jù)。首先，移除起初的6個掃描時間，先經(jīng)過時間校正、頭動校正、原點校正、標(biāo)準(zhǔn)化、平滑等預(yù)處理。頭動參數(shù)大于2

或2°的被試圖像被刪除。

3

1 大腦皮質(zhì)區(qū) 本研究結(jié)果顯示：健康被試自主吞咽時激活的大腦皮質(zhì)區(qū)域主要為中央前回、補充運動區(qū)、扣帶回、前額葉(包括眶額回和三角部)。這些區(qū)域在運動控制中起到不同的作用，中央前回為軀體運動中樞，是主動運動啟動的重要控制區(qū)，但不參與運動的規(guī)劃與動作的協(xié)調(diào)

。補充運動區(qū)和扣帶回主要參與自主運動執(zhí)行前的準(zhǔn)備階段，其中補充運動區(qū)是運動規(guī)劃和動作執(zhí)行的關(guān)鍵區(qū)域，與多個動作的時間排序有關(guān)

，而前扣帶回與前額葉之間存在聯(lián)系，中扣帶回與中央前回和中央后回相關(guān)

。前額葉區(qū)的眶額回與認(rèn)知功能有關(guān)，參與行為的決策

。一些學(xué)者也對健康被試自主吞咽時的大腦皮質(zhì)激活進行了觀察，他們發(fā)現(xiàn)中央前回、中央后回、輔助運動區(qū)、扣帶回、前額葉的額上回和額中回都被激活

，且前額葉三角部也與吞咽功能相關(guān)

。然而，本研究未觀察到中央后回的激活，這一區(qū)域在吞咽咽期開始前就已經(jīng)被激活，在觸發(fā)反射性吞咽方面起到一定作用

。由此，我們推測本研究的被試執(zhí)行吞咽任務(wù)時需要在30秒內(nèi)完成3次吞咽動作，吞咽前的準(zhǔn)備時間較短，唾液分泌較少，故負(fù)責(zé)軀體感覺的中央后回在自主吞咽過程中活性不高，統(tǒng)計處理后未觀察到激活。

縮略詞：

,

(

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,

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_

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,

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_2_

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_

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,

,

1

2 數(shù)據(jù)采集 采用

磁共振系統(tǒng)(德國西門子，型號3

0

)，采用標(biāo)準(zhǔn)正交頭顱線圈,顱腦常規(guī)檢查采用橫斷位

1(

2

5

250)、

2

-

-

(

94

8000)、彌散

序列，矢狀位采用

2(

86

6300)序列，必要時加矢狀位彌散序列，快速液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(

-

,

) 解剖像(對腦組織的容積掃描，層數(shù)為96,層厚為1

)對受試者腦部損傷部位進行掃描定位診斷；后行功能檢查,功能序列采用單激發(fā)平面回波掃描序列(

-

-

，

) 掃描參數(shù)包括:

:2

,

:20

,

：240

×240

，

: 64×64，

: 33,

：90°，體素大小(

)：3

4×3

4×4

4

,

=96。本研究采用

設(shè)計。腦功能成像采用對血氧水平變化敏感的單次激發(fā)

2

-

梯度回波-回波平面成像序列(

-

)記錄

信號變化。每位被試均接受192

的

檢查。每個

序列開始時均有一段12

無效體素(

)，以確保功能磁信號達(dá)到平衡狀態(tài)，以及6體素的非吞咽時間，緊接著90體素中順序出現(xiàn)兩種對比條件—自主吞咽和非吞咽交替呈現(xiàn)各30

(圖1)。吞咽包括3個連續(xù)的自主吞咽運動(每次持續(xù)10

)，因此每次圖像序列包括3個任務(wù)交替循環(huán)。每個任務(wù)包括兩種隨機序列的視覺線索(“綠燈”和“紅燈”)。在被試的視覺正上方放置一面鏡子，視覺線索從后面投射到鏡子上，被試通過鏡子能看到。在腦(區(qū))激活相中，“綠燈”意味著“吞咽”指令，被試進行一次自主空吞咽的動作，此時被試除了此動作之外，無需使用過多的口部運動。在非激活相中，“紅燈”意味著“不要吞咽”的指令，被試立刻停止吞咽動作。

3

3 小腦 為了精準(zhǔn)探究小腦的吞咽相關(guān)區(qū)域，本次使用的小腦模版是參照

等

學(xué)者制定的小腦圖譜，根據(jù)小腦的溝回將小腦半球和小腦蚓分別劃分為10個區(qū)域

。本研究結(jié)果顯示小腦的主要激活區(qū)域為小腦小葉

和

(

_4_5_

)、小腦小葉

(

_6_

、

_6_

)、小腦小葉

(

_7

_

)和小腦蚓小葉

(

_8)。其中小腦小葉

、

與初級感覺運動區(qū)相關(guān)，小腦小葉

與前額葉和后頂葉皮質(zhì)聯(lián)系更為密切

。小腦蚓與運動執(zhí)行與控制有關(guān)，其小葉

-

是大腦初級運動皮質(zhì)、運動前區(qū)、輔助運動區(qū)及扣帶回的投射區(qū)

。本研究結(jié)果顯示小腦半球存在廣泛的激活，包括小腦小葉

～

和小腦蚓小葉

，而非

和

所觀察到健康被試在自主吞咽時只有小腦腳

(

)和小腦小葉

的激活

。

2.3 觀察組與對照組患兒不良反應(yīng)發(fā)生情況比較 治療后對療效予以隨訪與評估，觀察組患兒中有1例出現(xiàn)感染，1例發(fā)生電解質(zhì)紊亂，1例為血小板減少，不良反應(yīng)率為10.0%，與對照組的36.7%不良反應(yīng)率比較差異存在統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表3。

3

4 腦干 在一些學(xué)者的吞咽研究中，吞咽運動執(zhí)行時延髓網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的疑核會被激活，而口腔對感知食團與延髓內(nèi)側(cè)的孤束核相關(guān)，且電刺激孤束核會觸發(fā)吞咽的咽期階段

。然而，本研究觀察到的腦干激活區(qū)較少，并且只激活了與視覺功能有關(guān)的腦干亞區(qū)

，未觀察到孤束核和疑核的激活。我們認(rèn)為被試在依照視覺指令完成自主吞咽和休息交替的過程中，引起了腦干的視覺區(qū)被激活。未發(fā)現(xiàn)吞咽相關(guān)核團的激活可能是因為腦干本身體積以及大多數(shù)腦干核團的橫截面積較小，本研究使用的是3

0

功能磁共振，其空間分辨率造成觀察腦干區(qū)域激活情況時受到限制。由于腦干的特殊解剖結(jié)構(gòu)使得運用

研究腦干時受限，

等

提出了運用超高場

觀察腦干的優(yōu)勢。

4 結(jié)論

本研究通過對21例健康被試自主吞咽唾液時的全腦激活區(qū)域的觀察，發(fā)現(xiàn)中央前回、補充運動區(qū)、扣帶回、前額葉(包括眶額回和三角部)、丘腦、殼核、以及小腦小葉

和

(

_4_5_

)、小腦小葉

(

_6_

、

_6_

)、小腦小葉

(

_7

_

)和小腦蚓小葉

(

_8)是控制自主吞咽的相關(guān)腦區(qū)，為建立全腦吞咽功能相關(guān)的處理模型提供理論依據(jù)。而腦干由于其特殊解剖結(jié)構(gòu)未觀察到自主吞咽時的精確激活區(qū)域，這可能由于

的局限性，未來可采用其他技術(shù)，更加全面地描述皮層狀態(tài)，以探討自主吞咽過程中全腦區(qū)域的動態(tài)變化。

[1]

[

]

, 2011, 26(2): 183-192

[2]

,

,

[

]

, 2001, 280(3): 354-360

[3]

,

,

[

]

, 2001, 85(2): 938-950

[4]

,

,

，

[

]

, 2003, 18(2): 71-77

[5]

,

,

，

:

-

(

)

[

]

, 2017, 32(4): 526-541

[6]

,

,

，

[

]

, 2016, 25(1): 74-82

[7]

,

,

，

[

]

, 2018, 46(9): 3552-3562

[8]

,

,

[

]

, 1999, 46(3): 281-286

[9]

,

,

，

-

:

-

[

]

, 2011, 32(1): 1-10

[10]

,

，

,

，

，

[

]

, 2002, 23(4)：609-617

[11]

,

,

，

3[

]

, 2020, 206: 116189

[12]

,

,

，

[

]

, 2009, 46(1): 39-46

[13]

,

,

，

:

[

]

, 2016, 1380(1): 121-138

[14]

:

[

]

, 2001, 81(2): 929-969

[15]

,

,

，

[

]

, 2020, 106(3): 526-536

4

[16]

,

,

，

[

]

, 2018, 38(41): 8759-8771

[17]

,

,

:

-

'

[

]

, 2010, 14(1): 16-21

[18]

,

,

，

:

-

-

-

[

]

, 2003, 20(1): 404-412

[19]

,

,

,

-

[

]

, 2020, 220: 117059

[20]

,

,

-

[

]

, 2009, 174: 61-71

[21]

,

,

，

:

[

]

, 2010, 120(11): 2153-2159

[22]

,

,

，

:

[

]

, 2004, 92(4): 2428-2443

[23]

,

,

，

[

]

, 2018, 33(5): 610-615

[24]

,

,

，

[

]

, 2018, 236(2): 475-484

[25]

,

[

]

, 1999, 46(3): 281-286

[26]

,

,

，

[

]

, 2019, 22: 101685

[27]

,

,

'

[

]

, 2013, 3(1): 39-44

[28]

,

,

，

[

]

, 2012, 1466: 70-81

[29]

,

,

，

[

]

, 2007, 1151: 62-73

[30]

,

,

，

[

]

, 2017, 41(2): 225-230

[31]

,

,

，

-

[

]

, 2014, 28(3): 260-272

[32]

,

,

?

，

[

]

, 2008, 28(28): 7143-7152

[33]

,

,

，

[

]

,2008,42(1)：285-295

[34]

,

,

[

]

, 2002, 18(8): 386-404

[35]

,

,

,

:

[

]

, 2013, 7: 163

[36]

,

,

:

[

]

, 1990, 299(1): 17-46

[37]

,

,

，

[

]

, 2014, 35(12): 5962-5973

[38]

,

,

，

:

[

]

, 2016, 40(4): 751-756

[39]

,

,

，

-

[

]

, 1999, 10: 233-260

[40]

,

,

，

-

[

]

, 2002, 15(1): 273-289

[41]

'

,

,

，

[

]

, 2010, 20(4): 953-965

[42]

,

-

[

]

, 2009, 19(10): 2485-97

[43]

,

,

[

]

, 2011, 108(38): 16068-16073

[44]

,

,

，

-

'

[

]

, 2020, 42(1): 62-67

[45]

,

[

]

, 1991, 261:

639-

646

[46]

:

[

]

, 2001, 81(2): 929-69

[47]

,

,

，

'

-

[

]

, 2019, 185: 35-57

[48]

,

,

，

[

]

, 2018, 168: 412-426