恒河猴感覺皮層手區切除后的腦功能重組

黃倩蘭陽仁達周 燦謝 力

（1湖南中醫藥大學2011級碩士研究生，長沙，410208；2湖南中醫藥大學針灸推拿學院，長沙，410208）

恒河猴感覺皮層手區切除后的腦功能重組

黃倩蘭1陽仁達2周 燦1謝 力1

（1湖南中醫藥大學2011級碩士研究生，長沙，410208；2湖南中醫藥大學針灸推拿學院，長沙，410208）

目的：研究切除恒河猴感覺皮層手區對恒河猴感覺皮層腦功能重組的影響，探討病理狀況下大腦皮層對手區與面區感覺功能的調控作用是否發生代償，揭示“面口合谷收”可能的生物學機制。方法：手術切除恒河猴感覺皮層手區，通過微電極細胞外記錄尋找恒河猴感覺皮層SⅠ神經元的放電，觀察其外周感受野的變化。結果：恒河猴感覺皮層手區切除后3個月、6個月、9個月，手區神經元的外周感受野消失，隨著切除時間的延長，在已切除的手區可逐步記錄到數量不等對面部和前臂刺激起反應的神經元，對面部刺激起反應的區域明顯大于對前臂刺激起反應的區域。結論：1）感覺皮層手區功能的喪失導致與其毗鄰的面區、前臂之間發生功能重組，面區和前臂區均逐步向手區擴展。2）功能重組似乎有一定的趨向性，即面區和手區之間的功能重組強于前臂區和手區。3）病理狀況下大腦皮層手區和面區的功能重組可能是“面口合谷收”重要的生物學機制。

恒河猴；皮層切除；面口合谷收；腦功能重組

位于手陽明大腸經手背的“合谷穴”能有效治療大腸經遠端循行所過部位“面口部”的疾患（如牙痛、面神經麻痹等），是對經脈體表-體表聯系規律的精辟概括，實質上反應的是人體上（頭面部）、下（肢體末端）聯系的一個重要現象。在針灸臨床上，針灸醫生經常選用位于手部第一、二掌骨之間的合谷穴來治療諸如面癱、下頜關節功能紊亂、牙痛等面口部的疾患［1-4］，謂之“面口合谷收”，并用經絡理論對此進行解釋。但是，空間距離相距遙遠的兩部位（手和面口部）何以發生如此密切的聯系，位于拇食指之間的合谷穴緣何治療口面部的疾患，其內在的科學機制至今仍不甚明了。

2001年《NEUROLOGY》報道了1例雙耳聽力嚴重減退的78歲老人，當其移動左手中指可產生耳鳴，進一步研究指出其可能與周圍神經損傷后產生的腦可塑性變化有關［5］。腦可塑性是指大腦的結構和功能可以為外界環境和經驗所修飾，包括結構可塑性和功能可塑性。結構可塑性是指神經元和突觸之間由于受到學習和經驗的影響建立新的連接，從而改變個體的行為。功能可塑性是指通過學習和訓練，大腦某個特定區域的功能可以由鄰近的腦區代替，又稱之為功能重組。近20年來腦可塑性的豐碩研究成果表明，，當靈長類動物和人類的軀體感覺信息的傳遞發生障礙時，手和口面部之間顯現出某種特定的聯系［5-12］，且與腦可塑性有著非常密切的聯系。因此，本研究旨在觀察切除恒河猴軀體感覺皮層手區后，手區及其鄰近的面區之間的功能重組，探討病理狀況下大腦皮層對手區與面口部感覺功能的調控作用是否發生代償，揭示“面口合谷收”可能的生物學機制。

1 材料和方法

1.1 實驗動物 恒河猴（Rhesusmonkeys），來源（華南靈長類動物研究中心，廣州），體重（4～5kg），年齡（5～6歲）。

1.2 模型的建立

1）動物麻醉：氯胺酮和速眠新（3∶1）0.2 mL誘導麻醉，隨后3%戊巴比妥鈉3 m L肌肉注射維持麻醉。麻醉狀態保持在神經外科2級麻醉水平，此時猴已經失去知覺，反射活動減少，對疼痛以及其他手術過程的刺激不發生反應。

2）手術方法：動物麻醉后置于大動物腦立體定位儀上，呈俯臥位。無菌條件下，備皮，沿矢狀面切開頭部皮膚，暴露顱骨，前囟清晰可見。參照猴腦立體定位圖譜對應于大腦皮層軀體感覺區所在位置用高速顱鉆鉆孔，切開硬腦膜，充分暴露前頂葉，以相對狹長的中央溝（Central Sulcus，CS）作為第一軀體感覺皮層（SI）的標志對記錄部位進行定位。將鎢絲電極固定在微操作器上，由電動推進器推進至記錄部位，以石蠟油覆蓋在腦表面以防止組織干燥并減少機械位移的影響。

3）皮層神經元放電的記錄：將尖端裸露的鎢絲電極（1MΩ，美國FHC）固定在微操作器上，由電動推進器步進至記錄部位，用石蠟油覆蓋在腦表面以防止組織干燥并減少機械位移的影響。待記錄到穩定的神經元自發放電后，分別針刺恒河猴面部和手部，觀察其對神經元的誘發反應，記錄神經元的外周感受野。神經元的放電信號經前置放大器輸入生理信號高速數據采集分析系統（英國CED）進行數據的分析處理。

4）切除感覺皮層手區：根據皮層神經元對手和面部刺激的反應，勾畫出感覺皮層手區（支配拇、食指）的分布，隨后進行切除，深度約1.5～2cm，縫合硬腦膜及頭皮，放回籠中單獨飼養，每天肌注青霉素80U以抗感染，持續半個月。

2 結果

圖1 恒河猴（M1）軀體感覺皮層合谷穴區切除前后的軀體感覺定位圖

圖2 恒河猴（M1）軀體感覺皮層合谷穴區切除前的軀體感覺定位圖

圖3 恒河猴（M1）軀體感覺皮層手區切除6個月后的手區、面區和前臂區域的感受野的示意圖

圖4 恒河猴（M2）軀體感覺皮層手區切除前后的手區、面區和前臂區域的分布

圖5 恒河猴（M3）軀體感覺皮層手區切除前后的手區、面區和前臂區域的分布

研究結果表明，切除前，感覺皮層SⅠ手區和面區相毗鄰，在兩者的交界部位可以記錄到一些同時對面部和拇指（或食指）刺激發生反應的神經元，但總體而言，兩者有著較為嚴格的界限。切除后3個月，切除的手區逐漸有新生組織生成，與面區相鄰近的部位可記錄到少許只對面口部刺激起反應的神經元，與前臂相鄰近的區域未能記錄到對前臂刺激起反應的神經元，其他區域則對任何刺激均無反應。切除后6個月，與面區相鄰近的手區記錄到只對面口部刺激起反應的神經元的數量和區域較切除后3個月明顯增加，與前臂相鄰的手區也可記錄到少量只對前臂刺激起反應的神經元；切除后12個月，在切除的手區記錄到只對面區起反應的神經元的數量和區域較切除后3個月、6個月均明顯增加，與前臂相鄰的手區亦有類似的結果，但其區域明顯小于面區。

3 討論

大量研究表明，靈長類動物發生背根損傷、背索損傷、截肢導致軀體感覺傳入障礙時，手和口面部之間發生功能重組。

1）背根損傷：1991年Pons開展了一項具有開創性的研究，在切斷獼猴C2-T4背根以去除手、前肢和頸部的感覺傳入，在去傳入的體感皮層SⅠ共記錄到124個部位的神經元對面部刺激發生反應，且面部逐漸向軀干部擴展并與軀干部形成異常的連接，其擴展的最小距離為5～8 mm，最大可達10～14 mm［6］。1994年Lund對Pons的工作做了進一步的研究，他將一根電極插入皮層SⅠ區，根據其距離皮層的位置深淺從上到下一共記錄了15個神經元。發現，感受野在拇指（第3和第5）的神經元與感受野在下頜（第4）和面頰（第6）的神經元緊密相鄰。感受野在上臂（第1和第7）的神經元與感受野在下頜（第2和第8）和外側面部（第6）的神經元緊密相鄰。在切除C2-T4背根后，支配去傳入區域的3b區并不立即對面部的刺激發生反應，提示皮層重建完成與否可能是關鍵［7］。1998年Jones在獼猴丘腦觀察到類似上述皮層發生的變化，在C2-T4背根損傷后，將13根微電極從后向前水平刺入丘腦腹后核（VP）記錄其神經元的外周感受野，發現感受野在面部所代表的區域最大且感受野在面部和軀干的神經元緊密相鄰，提示面部和軀干部在VP的感覺代表區緊密相鄰［8］。

2）背索損傷：Jain等觀察了切除成年夜猴單側背索（C3-C4）對對側軀體感覺皮層3b區的手、面和手臂區域的作用。結果表明，完全切除背索后即刻，手區對手部刺激失去反應；部分切除背索后5d，手區的去傳入部分對手部刺激仍然沒有反應；部分切除背索后36d，保留的背索傳入的皮層區域發生擴展；完全切除8個月后，皮層的手區和手臂區對面頰的刺激起反應［9］。隨后Jain等又研究發現，完全或部分切除獼猴C3C5背索后22個月，在丘腦腹后核（VP）出現了類似3b的大規模重組，主要表現為面部的傳入擴展到去傳入的手部甚至是足部，手臂擴展到手，枕部頸部肩部擴展至手和足部［10］。同時，Jain等又從形態學的角度進行了研究，發現上述丘腦和皮層發生的功能重組與腦干密切相關。將辣根過氧化物酶（HRP）注入切斷C3C5的獼猴面部，HRP標記的面部感覺神經元的軸突一直延伸到楔狀核的中間部，而正常情況下該部位是手和前肢軸突終止的部位。C3C5損傷后18～33個月，新的外周傳入神經開始出芽，占據楔狀核的13，提示背索損傷后面部的傳入激活了皮層的手區。同時，去傳入的手區對保留的手部傳入的刺激和面頰部刺激均發生反應［11］。

3）截肢：Florence等研究發現，猴肱骨中段截肢（手和前肢去傳入）后，支配手的皮層3b區神經元可被來自面部和上肢殘端的傳入同時激活。同時，在丘腦腹后外側核（VPL）手區也出現類似的情況，提示面部和上肢殘端在皮層3b區和丘腦已經發生相互擴展［12］。

以往的研究主要集中觀察外周軀體感覺傳入障礙時所誘發的手和口面部之間的功能重組，在本研究中，我們觀察到切除軀體感覺皮層手區后，隨著切除時間的延長，大腦皮層對手區與面口部感覺的調控發生了代償，感覺皮層的面區和前臂區均逐步向已切除的手區擴展，且面區向手區擴展的速度和區域均明顯大于前臂區。提示：中樞損傷后手區與其相鄰的面區和前臂區之間可以發生功能重組；功能重組似乎有一定的趨向性，即面區和手區之間的功能重組強于前臂區和手區；病理狀況下大腦皮層手區和面區的功能重組可能是面口合谷收重要的生物學機制。

［1］謝文雄.針藥結合治療周圍性面神經麻痹120例［J］.遼寧中醫藥大學學報，2009，8（11）：180.

［2］孫玲.針刺治療面癱75例［J］.陜西中醫，2009，30（7）：819-880.

［3］劉惠耀，鄶濱.針刺治療顳下頜關節紊亂綜合征［J］.中國廠礦醫學，2009，6（22）：353-354.

［4］云彩霞，孟智宏.中醫治療中樞性面癱的臨床研究［J］.遼寧中醫雜志，2011，38（8）：1690-1693.

［5］Cullington H.Tinnitus evoked by finger movement brain plasticity after peripheral deafferentation［J］.Neurology，2001，56（7）：978.

［6］Pons TP，Garraghty PE，Ommaya AK，Kaas JH，Taub E，Mishkinm.Massive cortical reorganization after sensory deafferentation in adulmacaques［J］.Science，1991，252（5014）：1857-1860.

［7］Lund JP，Sun GD，Lamarre Y.Lamarre，Cortical reorganization and deafferentation in adultmacaques［J］.Science，1994，265（5171）：546-548.

［8］Jones EG，Pons TP.Thalamic and brainstem contributions to large-scale plasticity of primate somatosensory cortex［J］.Science，1998，282（5391）：1121-1125.

［9］Jain N，Catania KC，Kaas JH.Deactivation and reactivation of somatosensory cortex after dorsal spina cord injury［J］.Nature，1997，386（6624）：495-498.

［10］Jain N，Qi HX，Collins CE，Kaas JH.Large-scale reorganization in the somatosensory cortex and thalamus after sensory loss in macaque monkeys［J］.J Neurosci，2008，28（43）：11042-11060.

［11］Jain N，Florence SL，Qi HX，Kaas JH.Growth of new brainstem connections in adult monkeys with massive sensory loss［J］.Proc Natl Acad Sci U SA，2000，97（10）：5546-5550.

［12］Florence SL，Hackett TA，Strata F.Thalamic and cortical contributions to neural plasticity after limb amputation［J］.J Neurophysiol，2000，83（5）：3154-3159.

（2014-12-08收稿 責任編輯：洪志強）

Rhesus sensory cortex hand area after resection of brain functional reorganization

Huang Qianlan1，Yang Renda2，Zhou Can1，Xie Li1
（1 Hunan University of Traditional Chinese medicine Graduate Class of 2011，Changsha 410007，China；2 Hunan College of Traditional Chinese medicine Acupuncture and massage，Changsha 410208，China）

Objective：To study the effect of removal of the hand area in rhesus monkeys'sensory cortex on the reorganization of brain function，and explore in pathological situations whether the cerebral cortex would make a compensation for regulating the sensory function of face，mouth and the hand area，so as to reveal possible biological mechanisms of the“diseases of the face and mouth apply Hegu”theory.Methods：To obtain experimental models by Surgically removing the rhesus'the hand area of sensory cortex，search for neuron discharge of rhesus monkeys'sensory cortex through the extracellular recording by microelectrode，and observe changes in neuron's periphery reception field within the area of the hand and face in sensory cortex.Results：Three months after resection of rhesus monkeys'hand area in sensory cortex，those originally reacted to facial stimulation now react to both the stimulations from face and hands.Conclusion：1）The lose of the hand area in sensory cortex lead to functional reorganization both in the face and forearm area.At the same time，the face and forearm area are gradually expand to the hand area.2）Functional reorganization seems to have a certain tendency，that is to say the functional reorganization between face area and hand area are stronger then the functional reorganization between forearm area and hand area.3）Under pathological condition，the functional reorganization of hand area and face area in cerebral cortex maybe the biological mechanism of the“diseases of the face and mouth apply Hegu”.

Rhesus monkeys；Sensory cortex resection；Neurons discharge；Brain function reorganization；Diseases of the face and mouth apply Hegu

R224；R36

A

10.3969j.issn.1673-7202.2014.12.004

國家重點基礎研究發展計劃（“973”計劃）項目：經脈體表特異性聯系的生物學機制及針刺手法量效關系的研究（編號：2010CB530500）

黃倩蘭（1988.1—），女，湖南常德人，在讀碩士研究生，研究方向：針刺的臨床應用研究，E-mail：258173697＠qq.com

陽仁達（1962.10—），男，湖南省常德市人，湖南中醫藥大學針灸學教授，博士生導師，E-mail：yangrd11＠163.com