功能性磁共振成像技术在脑功能活动探测中的应用

功能性磁共振成像技术在脑功能活动探测中的应用

咀嚼活动通常被认为是一个复杂的过程，伴随着节奏和神经反射活动。咀嚼器官有多种功能,诸如咀嚼、吞咽、消化、呼吸、语言和表情交流,甚至还参与血液循环、分泌等。近年来,咀嚼中的脑刺激效应,可能会阻止痴呆发展的观点引起了科学家广泛的重视。最近动物实验研究显示,咀嚼是与老年组动物的学习能力和记忆力改变有关的一个重要因素。用正电子发射断层扫描技术(PET)发现咀嚼时人脑的广泛区域是激活的,暗示它与脑高级活动有关。功能性核磁共振技术是一种用来研究咀嚼的新手段。它相对的高分辨率和相关活动是PET所不能及的。为了揭示咀嚼时脑的活动方式和其与年龄的关系,我们应用了回波平面成像梯度回波序列技术并结合计算机进行分析。1材料和方法1.1测试对象此项调查有8个健康自愿者,其中男性7例,女性1例,年龄19~52岁,全部为右利手者,身体健康无精神病和神经系统疾病史。1.2切片和运动方法应用GE公司1.0-Tsigna磁共振成像系统,自愿者被放在扫描仪内,仰卧位并头颅固定。采用常规回波平面成像梯度回波技术,切片由通过脑的一系列高分辨率T1加权成像的冠状面和横轴面组成。从额极到枕叶做了7mm厚的连续切片,平面分辨率为3mm×3mm。横轴面取自大脑至小脑,通过第Ⅰ躯体运动皮层冠状切片选用了最大值切片。在大多数被观察对象中5张冠状切片选用了脑覆盖区域。横轴面切片选了3张大脑切片和2张小脑切片。自愿者做4次咀嚼运动。每次运动10s,休息20s。在两分半钟的运动中,每张切片得到了50帧连续性的功能性核磁共振图像。功能性核磁共振信号强度的改变是通过统计学分析相关系数进行评价。数据分析采用funtool工作站和有关分析软件做的。2结果2.1咀嚼时功能性核磁共振图像信号显著加强所有被观察者,咀嚼时中央前回和中央后回的下外侧部均有信号增强,对应的大脑皮质为第Ⅰ躯体运动区和第Ⅰ躯体感觉区。如图1所示,结果取自4例被观察者的一系列冠状切片。脑高分辨率核磁共振图像显示:箭头指向处表明信号的增强,经统计学处理后有统计学意义。说明咀嚼时功能性核磁共振图像信号显著加强。在每一个被观察者激活区域是不对称的。在A、B被观察者,激活的部位主要在左半球,而C、D被观察者则在右半球。在每一例中,至少出现了两个激活区,一在中央前回,二在中央后回。2.2额中回、额下回、第肢体运动区从横轴面数据来看,咀嚼时有多个部位被激活。除了中央前回、中央后回外,还有额中回、额下回、颞上回和第Ⅱ躯体运动区,如图2所示,在A、B被观察者中,额中回和额下回均可见激活区,而在C者的额叶则无激活区。三者的中央前回、中央后回和第Ⅱ躯体运动区均有激活区,但B者第Ⅱ躯体运动区却可见明显的激活区。2.3振图像的增强在所有被观察对象中,咀嚼时第Ⅱ躯体运动区的功能性核磁共振图像均增强,如图3所示。3例中2张采用了横轴面,1张用冠状切面。第Ⅱ躯体运动区的激活区域并不限于某一处,它可出现于多处。结果表明:激活区有优先权,右半球有优势。2.4第肢体运动皮质,第肢体运动皮质。第肢体运动皮质,第肢体运动皮质。第肢体运动皮质,第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质。第肢体运动皮质图4展示了两个典型例子。A例是19岁学生,B例是52岁的自愿者。第Ⅰ躯体运动皮层、第Ⅰ躯体感觉皮层和第Ⅱ躯体运动皮层都有激活区。但是年轻者双侧的额区也有激活,即额上回、额中回、额下回均有激活区,其视区有时也有激活区。3讨论3.1第肢体运动区本研究揭示:①咀嚼时激活了脑的不同区域;②在每一次咀嚼中都有优势半球;③在咀嚼时,第Ⅰ躯体感觉区较第Ⅰ躯体运动区变化更多;④年轻者较年长者其额叶有更广泛的激活;⑤双侧岛叶更被强大激活。中央前回和第Ⅱ躯体运动区的激活对控制颚和舌肌群的运动系统更有意义。3.2咀嚼与神经元运动相关的信号分析咀嚼与老年化关系长期以来被关注。但是,并没有直接证据显示咀嚼能减缓人老年化的进程。牙的缺少能明显减低吞咽的阈值,在老年被观察对象中常发生他们乐于吞咽的现象。老年人牙健康状况调查如下:老年性痴呆者较无此病的人有许多无功能的和不可恢复的牙齿,且他们听力更差。运动实验显示:切断鼻毛的动物,其嗅觉低下,颚与鼻毛在一系列活动中均有重要的作用。包括迷宫练习、空间定位、游泳、深度感知、纹理觉等。在另一项研究中,用老年化模型SAM-P18,发现切断牙齿的老鼠咀嚼活动减少,海马神经元染色显示c-fos减少,齿状回颗粒染色显示c-fos减少,并伴有迷宫缺损,相反咀嚼时却有丰富的外周神经分布和不相称的中枢表达。实验表明:少做咀嚼运动会加速神经细胞老化。额叶前部皮质在许多研究中被涉及。一些与运动(眼球运动和语言)有关。实验提示:额前部的皮质活动与注意力、短期记忆、情感辨别、运动行为的复杂性都有关。例如:预准备、运动、说话。最近数据显示咀嚼时年轻人与老年人脑的激活部位是有区别的。年轻人有广泛的脑区域激活,包括额叶。老年人额叶则很少被激活。咀嚼是一种反射活动,信号从三叉神经传至第Ⅰ躯体运动皮层,然后刺激了与咀嚼有关的同侧第Ⅰ躯体运动皮层。神经元与运动皮层的连接是非常复杂的。躯体运动皮层与脑的功能密切相关。它常与额叶结合。证据显示电刺激有利于神经突触形成,感觉神经元的切除会导致神经元老龄化。当咀嚼时,额叶有广泛的刺激,有助于建立与咀嚼有关的高水平的神经网络。例如:味觉参与、事件记忆、表情活动甚至更多。老年人多咀嚼可阻止老年痴呆的进程,更多细节有待于进一步研究。(本文图1~4见封3)图版说明图1冠状面图像。箭头指向中央后回。箭头指向处表明信号增强区,即代表激活区。图2横轴面图像。箭头指向处表明信号的增强区,即代表激活区。图32张为横轴面图像,中间1张为冠状面图像。箭头指向第2躯体运动区。箭头指向处表明信号增强区,即代表激活区。图4A例是19岁学生,B例是52岁的自愿者。箭头指向额叶。箭头指向处表明信号增强区,即代表激活区。ExplanationoffiguresFig.1TheimageofcoronarysectionThearrowpointstopostcentralgyrus,thepositionthatarrowpointstoisactiveregion.Fig.2Theimageoftransversesection.Thepositionthatthearrowpointstoisactiveregion.Fig.3Themiddleoneiscoronarsectionimage,theothertwoaretranrsversesectionimage.Thearrowpointstothesecondsomatiemotorarea.Thepositionthatthearrowpointstoisa