李佳慧 張萍淑 元小冬 周立富 張亞杰 劉業(yè)松

華北理工大學附屬開灤總醫(yī)院 河北唐山 063000；①河北省神經(jīng)生物機能重點實驗室

本體感覺是一種感官合集，傳達有關身體狀態(tài)及其與環(huán)境的物理相互作用信息，分為中樞性和外周性。中樞性本體感覺又稱深感覺，是指來自肌、腱、關節(jié)等的位置覺、運動覺和振動覺；外周性本體感覺在傳導通路中傳導皮膚的精細觸覺[1]。腦卒中后發(fā)生本體感覺受損可導致嚴重的運動缺陷,其功能恢復是腦卒中后運動功能和預后的重要因素[2]。本體感覺中樞涉及大腦中感覺運動區(qū)域的廣泛網(wǎng)絡,與運動控制密切相關,目前對這種感覺的研究較少[3]。磁共振腦功能成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技術具有無輻射、無需外源性放射示蹤劑、可以反復多次操作等較多優(yōu)勢，被廣泛應用于腦功能定位研究[4]。血氧水平依賴法(BOLD)是fMRI技術的理論基礎，為腦功能研究提供了定性、定量、動態(tài)的綜合信息。本研究通過在BOLD-fMRI下對正常成人雙下肢脛神經(jīng)進行電刺激產(chǎn)生踇趾被動運動激活本體感覺傳導通路，觀察其涉及到的大腦網(wǎng)絡，為腦卒中或腦損傷后本體感覺康復的神經(jīng)刺激治療提供潛在靶點，提供潛在腦機接口本體反饋位點，為臨床個體化康復治療方案制定及身體恢復提供理論依據(jù)。

1 對象與方法

1.1研究對象 應用前瞻性研究方法，在2018年03月～2019年10月期間選取10位健康成人志愿者為研究對象，影像學檢查均無異常，近期無用藥史，受試部位無感染及外傷史。其中男5例，女5例，年齡24～51歲，平均(31.0±9.4)歲。試驗前12小時避免食用任何含酒精飲料。在試驗之前告知所有受試者試驗目的與注意事項，并簽署知情同意書。

1.2方法

1.2.1試驗設計及數(shù)據(jù)采集 使用NeuroCare-C肌電圖誘發(fā)電位儀對所有受試者雙下肢脛神經(jīng)電刺激以產(chǎn)生踇趾被動運動激活本體感覺傳導通路，在給予雙下肢脛神經(jīng)刺激電流閾值(somatosensory evoked potential current threshold, SEPCT)的電刺激，以激活本體感覺傳導通路的同時對受試者進行全腦BOLD-fMRI掃描。

1.2.2SEPCT檢測 受試者取仰臥位，清潔受試部位，使電極與皮下組織間的阻抗<5KΩ。由同一位專業(yè)技師使用肌電圖誘發(fā)電位儀將刺激器置于距離遠端內(nèi)踝后2～3cm處，采用雙下肢脛神經(jīng)交替刺激模式。皮層接收電極按腦電圖學會制定的10-20系統(tǒng)放置，記錄電極為Cz'點，參考電極為Fz點；同側下肢的腘點放置記錄電極、膝點放置參考電極各1個。刺激方式采用頻率5.1Hz、寬度0.3ms的方波刺激，強度以踇趾產(chǎn)生微弱被動運動為宜，信號平均疊加500～1000次，并出現(xiàn)穩(wěn)定、可辨識的本體感覺誘發(fā)電位波形，分別記錄雙下肢的SEPCT。

1.2.3磁共振成像(MRI)數(shù)據(jù)采集 采用GE Signa TwinSpeed 1.5T磁共振成像系統(tǒng)，Signa 1.5T正交發(fā)射/接收頭線圈。定位像與解剖像的掃描：先掃描定位像及興趣中樞部位基礎解剖圖，再進行全腦T1WI、快速擾相梯度回波序列(FSPGR)、3D成像、單激發(fā)多時相平面梯度回波EPI序列掃描成像。BOLD-fMRI技術主要序列及其參數(shù)：采用T2WI梯度回波脈沖序列，單激發(fā)多時相回波平面成像(EPI)，取軸面，平行于前后聯(lián)合線，定位掃描18層，單次采集，重復時間(TR)3000ms，回波時間(TE)60ms，反轉(zhuǎn)角90°，視野為24cm×24cm，層厚5mm，間隔1.5mm，頻率編碼方向為R/L。

1.2.4Block組塊刺激模式 受試者安靜仰臥于掃描床上，用楔形硬海綿固定頭部。由同一個專業(yè)技師操控肌電圖誘發(fā)電位儀釋放刺激閾值電流。掃描期間受試者手握報警皮球，若感到不適按壓皮球即終止試驗。BOLD-fMRI掃描時間共為8分鐘，采用倒計時方式，計時開始時分別給予左、右下肢脛神經(jīng)SEPCT刺激(產(chǎn)生踇趾被動運動激活本體感覺傳導通路，運動范圍約1cm左右)，持續(xù)60秒，靜止60秒，重復4次。刺激模式流程圖見圖1。

圖1 刺激模式流程圖

1.3圖像處理 在Matlab 2016平臺上應用SPM12(Statistical Parametric Mapping)腦功能成像數(shù)據(jù)分析軟件對掃描數(shù)據(jù)進行處理。包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、Realign(頭動校正)、Coregister(配準)、Normalise(空間標準化)、Smooth(平滑)、Specify 1st-lever(建立模型)、Estimate(參數(shù)估計)，以Results產(chǎn)生激活區(qū)坐標，通過GingerALE2.3.6軟件使SPM所得MNI坐標轉(zhuǎn)換為標準Talairach坐標，利用Talairach Client 2.4軟件查看具體解剖位置。

2 結果

本研究受試者均順利完成試驗，左、右側脛神經(jīng)刺激電流分別為(23.60±5.04)mA、(25.70±2.05)mA，差異無統(tǒng)計學意義(t=-1.157，P=0.262)。激活的腦區(qū)包括初級運動皮層(BA4)，前運動皮層/輔助運動區(qū)(BA6/8)，體感聯(lián)合皮層(BA5/7)，體感皮層(BA3/2)，前額葉皮層(BA9/10/11)，島葉(BA13)，初級視皮層(BA17)，視覺聯(lián)合皮層(BA18/19)，次級體感皮層(BA40)，顳中回(BA21/38)，顳上回(BA22)，邊緣葉前扣帶(BA32)，額下回(BA45/47)，小腦，豆狀核/殼核及丘腦等部位。具體激活情況、例數(shù)見表1，圖2。

圖2 正常成人左、右下肢本體感覺激活相關腦功能皮質(zhì)中樞整體情況注：(a)為左下肢；(b)為右下肢

表1 健康志愿者本體感覺刺激激活相關腦皮層中樞區(qū)的BOLD-fMRI掃描結果

3 討論

本體感覺信息通過兩個系統(tǒng)傳至大腦，一是本體感覺神經(jīng)元中樞突進入脊髓同側后索，組成薄束和楔束升至延髓后交叉形成內(nèi)側丘系，再經(jīng)腦橋、中腦到丘腦腹后外側核，最后投射到皮層體感區(qū)；二是以小腦為終點的本體感覺信息通過后脊髓小腦(下肢)和楔小腦(上肢)束進入脊髓，并通過同側小腦腳進入脊髓小腦。小腦水平的本體感覺信息用于調(diào)整姿勢和直線運動，而本體感覺信息的更高水平處理發(fā)生在頂葉皮質(zhì)等皮層區(qū)域。目前國內(nèi)外有關fMRI的報道較多,但大多局限于上肢運動,其中以主動運動研究居多,被動運動研究很少[5-6]。

本研究在BOLD-fMRI下對正常成人雙下肢脛神經(jīng)電刺激產(chǎn)生踇趾被動運動激活本體感覺傳導通路從而觀察相關腦網(wǎng)絡的激活,結果發(fā)現(xiàn)本體感覺相關中樞主要位于額葉(中央后回、輔助運動區(qū))、頂葉(超邊緣回)、顳葉、枕葉(楔前葉)、腦島、小腦等部位；且具有明顯右半球偏側性。Winckel、Julio等應用fMRI技術通過健康受試者食指被動運動，發(fā)現(xiàn)楔前葉、上頂葉回、頂內(nèi)溝、超邊緣回、輔助運動區(qū)以及背側和腹側前運動皮層等相關腦區(qū)的激活，本研究結果與其大致相同[7-8]。研究表明，中央后回、頂葉(上頂葉、下頂葉)、顳橫回、島葉與本體感覺中位置覺有關，中央后回、超邊緣回、島葉、顳上回和頂葉島蓋與運動覺相關，本研究中均可見相關位點的激活[9-10]。超邊緣回是頂骨關聯(lián)區(qū)域的一部分，fMRI研究發(fā)現(xiàn)，超邊緣回在健康受試者和腦卒中受試者手部位置認知中起重要作用[11]。本研究采用刺激雙下肢激活本體感覺模式，同樣具有超邊緣回的激活，表明超邊緣回在腳部位置認知中同樣存在重要作用。

本研究表明，在刺激下肢的左或右脛神經(jīng)激活本體感覺中樞的同時，還激活了邊緣系統(tǒng)、視覺聯(lián)合皮層等相關中樞，以產(chǎn)生對刺激源形態(tài)特征的識別、躲避反應以及情緒、認知、記憶等多方面的活動變化。已有研究證實，感覺信息的輸入能夠在顳頂聯(lián)合區(qū)皮層產(chǎn)生反應，即觸覺刺激可以激活聽覺皮層，感覺皮層與聽覺皮層、視覺皮層之間均存在單向或雙向的神經(jīng)纖維投射，表明本體感覺涉及的傳導通路涉及顳中回等其他中樞，并將其作用擴展到聽覺空間定位之外[12]。本研究中激活的島葉、扣帶回、殼核/尾狀核、丘腦等部位，也是痛覺中樞和負責視覺忽視的大腦區(qū)域， 因此本研究中本體感覺中樞激活的同時可能并存痛覺、視覺忽視等相關中樞的激活[13-15]。

本研究樣本量較少，通過對受試者雙下肢脛神經(jīng)電刺激以產(chǎn)生踇趾被動運動激活本體感覺傳導通路來觀察本體感覺中樞所涉及的大腦網(wǎng)絡，有待進一步擴大樣本量研究。以此為基礎與腦卒中患者本體感覺相關皮質(zhì)中樞激活的情況作對比，進一步發(fā)現(xiàn)本體感覺中樞受損后的腦功能代償重組與臨床行為的關系，對腦卒中患者的康復治療具有理論指導意義。

綜上所述,雙下肢本體感覺通路激活了初級運動皮層、輔助運動區(qū)、體感聯(lián)合皮層、前額葉皮層、島葉、初級視皮層、次級體感皮層、顳中回、小腦及丘腦等主要腦區(qū)，并協(xié)同激活邊緣系統(tǒng)、視覺聯(lián)合皮層等中樞。