王亞玲,孫寶賓

(1.東南大學醫(yī)學院，江蘇 南京 210009； 2.東南大學附屬中大醫(yī)院 耳鼻咽喉頭頸外科，江蘇 南京 210009)

嗅覺是生物最基本的感覺之一，對動物和人類都有重要的作用。動物通過嗅覺來尋找食物、求偶交配、躲避天敵等；人類利用嗅覺來辨別氣味、增進食欲、識別危險環(huán)境等。另外，通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)，嗅覺還可以影響人的情緒、調節(jié)生命周期。長期以來人們孜孜不倦地嘗試用多種方法對嗅覺進行相關研究，應用較多的技術有嗅覺腦磁圖、嗅覺事件相關電位(olfactory event- related potentials，OERP)、嗅覺系統(tǒng)結構成像和正電子發(fā)射斷層成像(PET)等，但對嗅覺的研究仍處于初級階段。近年來，由于腦功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技術具有相對高的時間和空間分辨率，可以觀測到大腦的神經(jīng)元活動而被廣泛應用。到目前為止，已經(jīng)有不少學者利用fMRI來研究嗅覺功能機制，國外學者對嗅覺通路在腦區(qū)的定位、年齡及性別對嗅覺功能的影響、真實與幻想氣味的異同、嗅覺適應等方面進行了大量的研究[1- 6]。在本文中作者在簡單介紹嗅覺知識的基礎上，著重對腦fMRI技術及其在嗅覺刺激相關的腦功能活動方面的研究進行綜述。

1 嗅覺及嗅覺系統(tǒng)的概述

1.1 嗅覺系統(tǒng)相關結構

嗅覺系統(tǒng)主要包括嗅上皮、嗅球嗅束和嗅皮質。嗅上皮內(nèi)主要含嗅覺感受神經(jīng)元，感受并傳導嗅覺信息。嗅覺感受神經(jīng)元傳出的信息匯聚到嗅球，在嗅球中經(jīng)過處理與編碼，然后通過嗅束投射到嗅皮質。嗅皮質包括梨狀皮質、杏仁核、內(nèi)嗅皮質、海馬、眶額皮質、前扣帶回、顳回、基底核、丘腦和島回等結構[4，7- 8]。嗅球為嗅覺的低級中樞，是嗅覺通路的第一中轉站；嗅皮質為嗅覺的高級中樞，受兩側大腦皮層的支配。

1.2 嗅覺的功能評價

嗅覺是五種感覺之一，較之其他感覺，嗅覺具有情緒性并受多種因素影響。影響正常人嗅覺功能的主要因素包括性別、年齡、嗅覺適應、吸煙史。此外，頭部外傷、上呼吸道感染、鼻部疾病、神經(jīng)退行性疾病及環(huán)境因素等也可以對嗅覺功能產(chǎn)生影響。

嗅覺功能檢查包括主觀和客觀檢測。主觀檢測是一種心理物理檢查方法，包括氣味識別、嗅覺分辨和嗅覺記憶，特點是比較隨意，結果不夠可靠?？陀^檢測包括嗅覺腦磁圖、OERP、嗅覺系統(tǒng)結構成像和嗅覺功能成像?？陀^檢測的特點是更靈敏、更可靠。本文綜述涉及的是客觀檢測中的fMRI方法。

2 嗅覺刺激相關的研究

人類的嗅覺靈敏度很高，能夠在很低的濃度下辨別出多種氣味，長期以來人們應用不同的方法，從不同的角度對嗅覺功能進行研究，先后提出了多種嗅覺刺激理論，如酶理論、化學理論、振動理論等，企圖尋找一種對氣味和嗅覺的合理解釋，但到目前為止仍沒有闡明有關嗅覺辨別與嗅覺感受的最終機制。

嗅覺刺激大體可以分為3大類：化學性物質對嗅黏膜的刺激、針灸法對特定穴位的刺激、針藥合用的方法。其中，人們用化學性物質對嗅黏膜刺激的研究較多，并總結出了一些注意點，如嗅覺刺激時不能有觸覺、視覺、聽覺或溫度變化，嗅覺刺激時需要嚴格控制刺激劑釋放的周期、強度和持續(xù)時間，嗅覺刺激需與呼吸同步，刺激呈現(xiàn)與結束需快速切換等。

近年來，有不少學者利用嗅覺刺激的方法對嗅覺進行相關的研究。如應用計算機疊加技術予以嗅覺刺激，可以在頭皮特定部位記錄到特異性腦電位；應用fMRI技術，可以研究大腦對不同嗅覺刺激的反應，記錄到嗅覺相關的腦功能活動。通過許多動物和人的實驗，嗅覺刺激的作用被廣泛的研究和探討。有文獻[7]報道，予以嗅覺劑刺激嗅黏膜，嗅覺信息逐級傳遞到中樞后，能夠興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能、改善腦組織代謝、影響情緒。廖凱等[9]利用大鼠研究嗅覺刺激對學習和記憶的影響，發(fā)現(xiàn)豐富嗅覺刺激能改變情感記憶和空間學習記憶能力：厭惡氣味的嗅覺短期刺激損傷情感記憶能力，厭惡氣味的長期嗅覺刺激也損傷情感記憶，但提高空間記憶能力；喜好氣味的嗅覺刺激能促進情感記憶和空間學習記憶能力。孫萌等[10]報道，經(jīng)過一次流感疫苗非條件刺激與樟腦氣味條件刺激的結合訓練后，單獨的條件刺激能夠誘導動物出現(xiàn)條件反射的抗體增強反應。在疾病診療方面，也有一些研究報道，如嗅覺刺激可以防止早產(chǎn)兒發(fā)生呼吸暫停，嗅覺刺激對昏迷病人有促醒作用，用嗅覺刺激可成功控制癲癇發(fā)作等。

3 嗅覺fMRI研究的技術及特點

3.1 fMRI技術的原理

fMRI是20世紀90年代初逐步發(fā)展起來的一種全新的MRI技術，應用比較廣泛的是BOLD成像，BOLD信號可敏感反映局部腦區(qū)的血流和氧代謝變化。BOLD技術沒有生物學侵襲性，在分析腦功能活動方面有較高的的靈敏度，使用起來較為靈活。

fMRI技術應用于實驗中主要包括兩種模式，即任務相關和靜息態(tài)。其中任務相關包括：(1) 組塊設計，其特點是以組塊的形式呈現(xiàn)刺激，在每一個組塊內(nèi)同一類型的刺激反復、連續(xù)呈現(xiàn)，常用于功能定位；(2) 事件相關設計，其特點是隨機化設計，常用于對行為事件的研究。靜息態(tài)指在數(shù)據(jù)掃描時參與者不需要執(zhí)行任何復雜的認知任務，只需保持全身放松、頭腦清醒的狀態(tài)即可，常用于靜息狀態(tài)下腦功能病理生理變化的研究。對于嗅覺刺激的fMRI研究，許多學者采用組塊設計的方法[5，7]，其可以提高信號強度變化，探測效率高。但是，近來也有一些學者采用事件相關設計的方法，其減少了嗅覺刺激的總時間，降低了嗅覺適應[11- 12]。

3.2 嗅覺系統(tǒng)fMRI技術的優(yōu)勢及局限

與其他嗅覺系統(tǒng)成像比較，fMRI技術顯示出特定的優(yōu)勢。其具有更高的空間分辨率和時間分辨率，可以無創(chuàng)、重復地檢測嗅覺相關的腦功能活動，是一種客觀、靈敏的檢查技術。但是，嗅覺系統(tǒng)的fMRI技術也存在著一定的局限。嗅球、嗅束，乃至嗅覺相關皮層都位于額葉及顳葉的底部，這些區(qū)域在磁共振的EPI序列中常有明顯的偽影，會對檢測結果產(chǎn)生一定的影響?？梢圆扇∫恍┓椒▉斫档痛琶舾行詡斡?，如：(1) 序列的優(yōu)化；(2) 冠狀面成像；(3) 設計特殊的掃描序列；(4) 采用磁性物質糾正磁場的不均勻性。除了存在磁敏感性偽影外，還存在著其他一些缺點，如任何原因導致局部血氧含量增加均可誤認為是激活區(qū)；所得到的信號并非是直接的大腦神經(jīng)信號，存在失真的問題；主要反映腦皮質情況，而對于腦白質情況的反映比較有限等。

4 嗅覺刺激fMRI研究的現(xiàn)狀及進展

4.1 嗅覺腦功能活化區(qū)的定位

嗅覺刺激的fMRI不僅能夠定位嗅覺相關的腦功能區(qū)，還能夠顯示不同的嗅覺刺激引起的腦功能活化的差異。這與嗅覺刺激的特征如熟悉度、刺激強度、舒適度等有關。嗅覺中樞有彌散分布的特點，嗅覺刺激可引起腦內(nèi)多個區(qū)域的激活，主要包括前嗅核和嗅結節(jié)、梨狀皮質、杏仁體、內(nèi)嗅皮質、海馬、眶額回、島回、扣帶回、額回、顳回、基底核、丘腦、枕葉以及小腦等[2，7- 8]。

關于嗅覺優(yōu)勢半球的定位，目前仍存在爭議。有學者[13]發(fā)現(xiàn)，氣味刺激的fMRI的活化區(qū)域大體相同，雙側多呈對稱分布；也有嗅覺刺激的fMRI文獻報道，大腦雙側半球對嗅覺刺激的敏感性具有不對稱性，右側大腦半球活化區(qū)域多于左側，活化強度也高于左側[14]。個人認為嗅覺刺激的兩半球活化區(qū)可能存有差異，原因如下：一方面，人類的鼻中隔很少有完全居中的，兩側鼻腔的容積存在差異，氣味刺激時，兩側鼻腔接受的氣味量不同，從而可能導致最終傳入到大腦中的嗅覺信息存在差異，這是雙側半球活化不對稱的外周因素；另一方面，在長期的發(fā)育和進化過程中，雙側大腦半球發(fā)育不完全一樣，這是雙側半球活化不對稱的中樞因素。

4.2 愉快及非愉快氣味刺激

一些研究發(fā)現(xiàn)用不同“快樂度”的氣體行嗅覺刺激時，fMRI腦功能的激活區(qū)存在差異。Rolls等[15]利用fMRI研究發(fā)現(xiàn)，愉快氣體、非愉快氣體及混合氣體可以在大腦功能區(qū)域引起不同的激活，非愉快氣體主要在眶額回外側激活明顯，愉快氣體主要在眶額回內(nèi)側激活明顯，混合氣體可以同時激活愉快氣體和非愉快氣體腦區(qū)，但是激活的程度不同。有學者研究表明，愉快氣體主要引起右側大腦半球激活，非愉快氣體主要引起左側大腦半球激活[16]。Savic[17]研究發(fā)現(xiàn)，不同“歡樂度”氣體在大腦誘發(fā)不同的激活模式，其中令人厭惡的氣味可以在杏仁核有較強的激活，而杏仁核也是加工情緒的主要結構，說明嗅覺刺激與情緒反應有關聯(lián)。

諸多學者研究的結果不盡相同，可能與被試者情況、數(shù)據(jù)分析技術、嗅覺刺激特征等因素相關[18]。另外，通過不同“歡樂度”氣體誘發(fā)大腦不同區(qū)域激活的差異，可以從神經(jīng)生物學、情感情緒等方面對人腦高級功能進行進一步探索。

4.3 嗅覺系統(tǒng)年齡與性別差異

人類的嗅覺敏感度會隨著年齡的增長而呈下降趨勢：在30歲之前嗅覺敏感度持續(xù)增強并達到一個相對穩(wěn)定的平穩(wěn)期；在40～50歲之后嗅覺敏感度開始衰減；70歲以后嗅覺敏感度顯著下降[4]。Cerf- Ducastel等[19]對正常的青年人和中老年行嗅覺刺激的相關研究，發(fā)現(xiàn)青年組和老年組有類似腦區(qū)的活化，但是老年組在初級嗅覺皮質處的活化顯著低于青年組，這與導致帕金森病嗅覺減退的主要原因是處理嗅覺信息腦區(qū)的異常或退變這一研究[20]結果相符合。近來有學者對嗅覺記憶活動方面進行研究，以不同年齡段的正常人為研究對象，其結果是，年輕人在執(zhí)行嗅覺記憶活動時，大腦中的嗅覺處理區(qū)域和記憶相關區(qū)域的活化程度都較強，而老年人的小腦區(qū)域活化程度強于年輕人，這也與老年人嗅覺記憶功能的減弱相符，小腦區(qū)域活化程度較強，表示需要更多的注意力來完成記憶任務[21]。

性別不同，嗅覺敏感度是否有差異？有研究報道，不同的性別有不同的嗅覺敏感度，女性一般比男性高，并且與女性的月經(jīng)周期相關，嗅覺敏感度在月經(jīng)期最低、排卵期最高[3]；Bengtsson等[22]的相關研究顯示，男性與女性相比，他們的嗅覺敏感度無明顯差異。學者們的研究結果不一，而在嗅覺的相關研究中，仍考慮把性別作為一個影響因素。

4.4 嗅覺系統(tǒng)適應性

適應是感覺系統(tǒng)對持續(xù)或重復刺激反應的一種應激性表現(xiàn)，也是一種感覺疲勞現(xiàn)象。較長時間地受同種氣味刺激可引起嗅覺適應現(xiàn)象，即暫時對該種氣味不再敏感，停止嗅覺刺激后嗅覺敏感性逐漸恢復[5]。有研究[23]發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生嗅覺適應和嗅覺恢復的時間相同，但嗅覺中樞的不同區(qū)域對嗅覺刺激的適應情況不同。肖偉等[24]對嗅覺適應恢復后早期大腦皮層活化的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，大腦的嗅覺適應比主觀感覺落后，有明顯的“延時現(xiàn)象”；予以重復嗅覺刺激時，嗅覺中樞在嗅覺的高級處理及氣味的感知方面起到的作用有限，這對進一步深入研究嗅覺中樞有顯著意義。

由于有嗅覺適應現(xiàn)象，行嗅覺刺激的fMRI研究時可以采取一些措施減輕嗅覺適應，如采用不同的氣味予以嗅覺刺激、縮短嗅覺刺激的時間與次數(shù)、控制嗅覺刺激的強度等。

4.5 嗅覺記憶

一種氣味如果被聞到過，就可以被“記憶”。有研究[25]表明，被“記憶”的氣味可以被幻想到，一旦再次幻想起某種氣味，可以誘發(fā)相應腦區(qū)的激活；與真實氣味相比，幻想的氣味可以引起相似腦區(qū)的活化，但活化強度弱于真實氣味。Djordjevic等[26]對嗅覺功能的研究發(fā)現(xiàn)，真實氣味與幻想氣味有部分重疊的激活區(qū)，二者可活化左側梨狀皮質、左側眶額回后部、雙側島回尾部。Bensafi等[27]用不愉快的氣味、愉快氣味以及讓被試者幻想這些氣味行嗅覺研究發(fā)現(xiàn)，真實氣味和幻覺氣味能表現(xiàn)出相同的情緒反應，并能激活相同的嗅覺腦區(qū)。諸多學者研究的結果大致相似，我們知道幻想氣味給予過程中并未予以真實氣味刺激，而受試者相應的嗅覺腦區(qū)仍有激活，這可能是“記憶”在處理嗅覺信息時發(fā)揮了作用。

4.6 嗅覺刺激fMRI的臨床應用

正常嗅覺功能的建立有賴于嗅覺傳導通路的完整及其生理機能的正常。任何原因引起傳導通路或生理機能的異常，都可以導致嗅覺異常，而引起嗅覺異常的原因很多，利用嗅覺相關的腦功能檢查有助于查找嗅覺異常的病因及病灶定位。

Henkin等[28]對正常人、先天性嗅覺減退病人、獲得性嗅覺減退病人行fMRI研究發(fā)現(xiàn)，相同的嗅覺刺激活化相同的腦區(qū)，但是三者的活化程度不同，即正常人>獲得性嗅覺減退病人>先天性嗅覺減退病人。獲得性嗅覺減退病人的激活程度大于先天性嗅覺減退病人的可能原因是前者具有嗅覺“記憶”，因氣味刺激后誘發(fā)了嗅覺“記憶”，從而引起較高程度的激活。Levy等[29]將嗅覺刺激的fMRI用于臨床研究，發(fā)現(xiàn)一型嗅覺下降病人(能察覺氣味但不能識別氣味)和二型嗅覺下降病人(能識別氣味但閾值升高)的嗅覺刺激腦活化區(qū)少于正常人的活化區(qū)。另外，一型嗅覺下降的病人的腦活化區(qū)少于二型嗅覺下降的病人。劉劍鋒等[12]對嗅覺正常者與失嗅者嗅覺刺激的fMRI研究，發(fā)現(xiàn)嗅覺正常受試者能得到嗅覺刺激的腦功能活化區(qū)，完全失嗅患者無腦活化區(qū)。

根據(jù)以上相關研究，可以得出fMRI是一種能客觀反映嗅覺功能的檢查方法，具有肯定的臨床應用價值，可以用于客觀診斷嗅覺功能異常，同時對于揭示嗅覺中樞處理機制也有一定的意義。

5 結語與展望

嗅覺是一種特殊的內(nèi)在感覺，相對于聽覺和視覺等其他感覺，人們對嗅覺的研究相對較少，其原因之一是嗅覺的特殊性使人們對嗅覺的研究異常艱難，所以直至今天對嗅覺的研究仍處于基礎階段；其二可能是人們認為嗅覺沒有其他感覺那么重要，從而對嗅覺的研究有限。

fMRI技術相對于其他功能成像具有明顯的優(yōu)勢，其優(yōu)越性成了人類嗅覺研究尤其是高級嗅覺中樞研究的一個重要手段。目前對嗅覺方面的研究，fMRI技術主要集中在嗅覺系統(tǒng)相關結構、嗅覺通路的定位、嗅覺功能活化等基礎研究方面，在臨床應用中尚未得到充分發(fā)展。隨著人們對嗅覺作用的逐漸重視以及fMRI技術的不斷改進，人們對嗅覺相關的研究將會有更深入的進展，最終也將從基礎發(fā)展到臨床，使fMRI技術在嗅覺異常的診斷、療效監(jiān)測等臨床應用中充分發(fā)揮作用。

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