初級體表感覺皮層功能性重組的研究.pdf

1、“可塑性”這一概念最早產(chǎn)生于醫(yī)學界，被引入認知神經(jīng)科學領域后，其意義得到拓寬，主要是指外在環(huán)境和自身條件的變化，比如學習、經(jīng)驗、受傷等，使大腦發(fā)生的改變。大腦可塑性貫穿人的一生。主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和功能重組兩個方面。結(jié)構(gòu)上的可塑性可以發(fā)生在大腦皮層、神經(jīng)元環(huán)路等區(qū)域，具體涉及皮層厚度、皮層面積，樹突長度、樹突棘密度和神經(jīng)元數(shù)量等方面。而功能重組則可能表現(xiàn)為神經(jīng)元水平上突觸連接的改變、皮層表征區(qū)域功能重組和神經(jīng)網(wǎng)絡水平上不同感覺的跨通道連接。

2、已有研究表明，某些疾病的成因與大腦可塑性密切相關，比如初級體表感覺皮層（the primary somatosensory cortex，S1）和臨床疼痛之間就有著緊密的關系。fMRI和EEG等技術的發(fā)展又為觀察這種關系的變化提供了較為準確的方法，因而大腦皮層可塑性成為認知神經(jīng)科學領域研究的重要課題。
　　“幻肢感”是一種截肢后的并發(fā)癥，主要是指截肢后病人感覺被截肢的部位仍然存在。幻肢痛指的是幻肢有疼痛感，包括跳疼、灼燒疼、強烈的

3、痙攣等。需要注意的是，這種感覺并不是病人的一種妄想，而是一種錯覺。在某些皮層重組的案例中，如果我們觸碰某些體表位置，可能會誘發(fā)幻肢感，這些區(qū)域稱之為“觸發(fā)區(qū)”。觸覺、溫覺、針刺、流淌、撫摸都能誘發(fā)幻肢感?；弥吹牟±頇C制目前尚不清楚。被人們廣泛接受的有大腦皮質(zhì)重組。很多研究已經(jīng)表明初級體表感覺皮層重組有可能是導致幻肢痛的重要原因。初級體表感覺皮層重組的程度越高，那么幻肢痛的疼痛就可能越強。因而幻肢痛患者是研究初級體表感覺皮層可塑性的理想

4、對象。雖然剛開始對可塑性的研究集中在身體受損的患者身上，但是正常人大腦可塑性也是存在的，主要受學習、訓練的影響。其發(fā)生區(qū)域可以在大腦皮層初級體表感覺皮層、初級運動皮層、聽覺皮層、視覺皮層等等。我們試圖通過對比幻肢痛患者和正常人在同樣的任務態(tài)下初級體表感覺皮層的激活情況證明幻肢痛和初級體表感覺皮層功能重組關系的穩(wěn)定性。探討長期的幻肢痛是否是截肢側(cè)對應的S1對疼痛相關內(nèi)容敏感性增強的主要原因。
　　在疼痛的研究方法中，激光刺激器誘發(fā)的

5、EEG響應,也被稱為激光誘發(fā)電位（laser-evoked potentials，LEPs）是目前被廣泛接受的評估疼痛電生理特征最好的方式。EEG自身無創(chuàng)傷性、成本低廉、時間分辨率高，而激光刺激器給出的刺激不僅刺激時間短暫、定位準確、強度可調(diào)節(jié)、無創(chuàng)傷而且還可以選擇性誘發(fā)Aδ纖維和 C纖維神經(jīng)梢。低強度的軀體感覺刺激，如經(jīng)皮電神經(jīng)刺激，誘發(fā)的腦電（Electroencephalography，EEG)響應,也被稱為體感誘發(fā)電位（soma

6、tosensory-evoked potentials，SEPs）。它能夠激活較大的神經(jīng)纖維 Aβ，通過復雜的傳導通路傳入大腦皮層后誘發(fā)SEPs。Aβ纖維、Aδ纖維、C纖維在傳導速度、直徑、作用上各有差異。Aβ是大的髓鞘化纖維，直徑約為35~75μm，傳導速度約為5~30m/s，主要負責非傷害性傳入神經(jīng)沖動的傳導，但也會參與疼痛的調(diào)節(jié)，Aδ纖維是一種小的髓鞘化纖維，直徑約為1~5μm，傳導速度約為6~12m/s，對傷害刺激和傷害反射的定

7、位有很大作用；最后，C纖維是小的無髓鞘化纖維，直徑約為0.2~1.5μm，傳導速度約為0.5~2m/s，也會傳導傷害性傳入神經(jīng)沖動，但是由于它們的傳導速度很低，主要作用是保護疼痛區(qū)域免受進一步傷害。相較于正常的LEPs和SEPs，非正常的LEPs和SEPs振幅、潛伏期都有明顯差異。因此我們用LEPs檢測疼痛軀體感覺通路的完整性，而用SEPs檢測非疼痛軀體感覺通路的完整性。
　　功能性磁共振成像（functional Magneti

8、c resonance imaging，fMRI)雖然時間分辨率低，但是空間分辨率高，可以與腦電互補，也是疼痛研究的重要技術。在本實驗中，采用的刺激為激光刺激和疼痛共情圖片（用棉簽或者針刺激左右手）。要參與疼痛感知的主要大腦區(qū)域有S1、次級軀體感覺皮層（the secondary somatosensory cortex。S2）、前部扣帶皮層(the anterior cingulate cortex。ACC）、前腦島(the ante

9、rior insula。AI)以及腦側(cè)裂。而疼痛共情是一種能夠感受別人疼痛的能力。通過疼痛共情的方式同樣能夠激活大腦與疼痛的相關腦區(qū)比如ACC、AI、S1等。我們預期在同樣的疼痛共情任務下，正常人處理疼痛信息的腦功能沒有發(fā)生改變。而長期的幻肢痛是導致截肢側(cè)對應的S1對疼痛相關內(nèi)容敏感性增強的主要原因。
　　本研究包括兩個實驗。實驗一對象為一名有21年幻肢痛的患者，采用的技術為EEG和fMRI，fMRI實驗刺激為激光刺激和疼痛共情圖

10、片。EEG數(shù)據(jù)表明將激光刺激和電刺激作用在健康側(cè)肩部時，LEPs和 TEPs呈現(xiàn)得比較清楚。而如果刺激截肢側(cè)肩部，則有很大不同。通過對比健康側(cè)和截肢側(cè)的EEG結(jié)果，表明幻肢痛的健康側(cè)疼痛和非疼痛軀體感覺通路都是完整的，而截肢側(cè)則存在缺陷。fMRI數(shù)據(jù)表明當用Laser激光刺激被試右手手背，同側(cè)S1、小腦都有明顯的激活。相對于非疼痛圖片刺激，疼痛圖片刺激下和視覺有關的大腦區(qū)域、前部和中部扣帶回、截肢側(cè)對側(cè)的S1都有明顯激活。進一步ROI分

11、析顯示左側(cè)S1 BOLD信號的變化率并不受刺激手的類型、刺激的模態(tài)和他們相互作用的影響。而右側(cè)S1 BOLD信號的變化率相對于左側(cè)的觸碰受左側(cè)的疼痛變化更加明顯，右側(cè)的疼痛和右側(cè)的觸碰并沒有明顯的差別。這個發(fā)現(xiàn)暗示著截肢側(cè)對側(cè)的S1對疼痛相關的內(nèi)容敏感性提高。
　　實驗二對象為16名成人被試，年齡從39-61歲(M=48.8,S.D.=5.8)，采用的技術為fMRI，實驗刺激采用激光刺激以及與實驗一相同的共情圖片。fMRI結(jié)果表明

12、，當用激光刺激被試右手手背，對側(cè)S1、腦島有明顯激活。fMRI結(jié)果表明，在PL、PR、TL和TR四種條件下，S1、枕葉、MCC都有明顯激活。疼痛動態(tài)圖和非疼痛動態(tài)圖刺激下的大腦激活沒有任何的差異。S1、枕葉以及MCC的激活表明被試可以正常的接受疼痛和視覺信息刺激，進一步的ROI分析表明左側(cè)S1并不會因為刺激手的不同，刺激模態(tài)的不同而被顯著的調(diào)節(jié)，同時，他們相互作用也不顯著。右側(cè) S1也是如此。這些結(jié)果表明正常人的大腦可塑性是存在的，主要

13、跟學習、經(jīng)驗等因素有關，但是正常人處理疼痛信息的腦功能并不會因此發(fā)生改變。從而證明了幻肢痛患者 S1（被截肢側(cè)）對疼痛敏感性的增加并不是因為實驗材料，幻肢痛和S1功能性重組有著密切的聯(lián)系，長期的疼痛有可能是S1出現(xiàn)功能性重組的主要原因。
　　如果這是持續(xù)性疼痛一種異常的神經(jīng)信號特征,那么我們就可以通過神經(jīng)生理的手段較為精確的測量持續(xù)性疼痛?？紤]到身體受傷后神經(jīng)可塑性能夠被迅速發(fā)現(xiàn)，我們推測即使在那些幻肢痛史少于21年的患者身上也能