卒中后吞咽障礙患者腦磁圖下吞咽皮質環路預探索研究

張婧，張寧，喬慧，王春雪，趙性泉，王擁軍

多種方法已經明確人類的吞咽需要多個腦區參與，主要集中在主要感覺運動區皮質/前運動區、前扣帶、島葉、頂枕區等[1-5]。這些區域與吞咽的計劃[1]、意愿[2]、調節[3]等有關。高時間分辨率的腦磁圖研究提示前扣帶或后扣帶回可能是吞咽啟動信號發出的區域[4-5]。吞咽功能的腦磁圖研究很少針對卒中患者。本研究的目的是描述卒中患者在自主吞咽過程中所激活的相關腦區及其時間順序，與既往的正常對照對比，為分析吞咽皮質的功能提供資料。

1 對象與方法

1.1 對象 選擇首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經內科1周內連續住院的卒中患者，符合世界衛生組織卒中的診斷標準[6]，要求意識清楚，無感覺性失語，能夠站立，并且經臨床吞咽評估確定存在吞咽障礙[7]。可識別并配合電視透視檢查、頭顱磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRⅠ）及腦磁圖檢查過程中吞咽的信號指令。給予口頭或書面的知情同意書者。有嚴重內科系統疾病，神經功能缺損使得患者不能遵循檢查指令并完成吞咽指令，拒絕完成腦磁圖或電視透視檢查者排除。本研究通過醫院倫理委員會的批準。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設備 采用151通道Omega2000全頭型生物磁儀（CTF.co，Canada）進行腦磁信號的采集。通過頭位置指示器將頭的位置進行數字化處理，建立數字化坐標系，以雙側耳前點、鼻根處為標示點，建立坐標系。通過固定在頭表面的4個線圈確定頭的位置。MRⅠ掃描前在雙側耳前點及鼻根部用維生素E膠丸固定，以便在腦磁圖與MRⅠ圖像疊加時使用同一坐標系統。將2個表面電極分別放置于雙側的頜下肌群，記錄吞咽過程中頜下肌群收縮的肌電信號，以表示吞咽啟動的時間。

1.2.2 數據采集及分析方法 患者平臥于檢查床，頭放置于杜瓦頭盔中，避免左右或上下搖動。患者穿著棉質病號服，去除身體上佩戴的所有金屬物品，避免磁場干擾。腦磁圖信號的采樣頻率625 Hz，由帶通1～15 Hz濾過，并經過1000 Hz數字化處理。由采集數據計算機自動疊加150次。以等電流偶極作為偶極模型描述皮質活動。監測垂直和水平眼電圖信號并自動去除超過150 μV的信號，去除眼動產生的電磁偽跡干擾。記錄肌電信號開始前－2500 ms內激活腦區的部位及時間順序。肌電信號開始變化的時間點確認為波幅增加到（29.0±1.5）μV。每隔16 ms分別記錄全頭及雙側半球的偶極場模式。

所有檢查者均行MRⅠ檢查，掃描程序：定位像采用矢狀擾相梯度回波序列，Flip Angle為30度，重復時間30 ms，回波時間17 ms。層厚1.5 mm，無間隔，矩陣256×256，激勵次數為2，掃描野30 cm×30 cm。

將MRⅠ檢查的圖像與腦磁圖的磁場變化結果融合，形成磁源性成像（magnetic source imaging，MSⅠ），可以同時表現磁場變化的時間模式，并能利用磁共振檢查的高空間分辨率，最終定位磁源的部位。

1.2.3 吞咽任務刺激模式 采用同功能磁共振研究相同的試驗設計，患者平臥于檢查床，頭部位于磁信號接收器內。使用長度約1 m、直徑約4 mm塑料軟管，一端從受試者口唇中部進入口腔內距中切牙4 cm處，另一端連接20 ml注射器，試驗者手持注射器以每隔20 s、25 s、30 s、35 s時間不等的方式向受試者口腔注射室溫純凈水0.5～1 ml，注射時間為1 s左右，要求受試者一次咽下口腔中所有水，吞咽時間在1～2 s，共注射10次水。試驗開始之前，對受試者事先進行注水練習，尋找能誘發吞咽的最低注水量，并避免頭部運動過多。但不向受試者透露注水時間間隔和總共注水次數。

1.2.4 后處理方法 腦磁圖數據接收及分析：采集的信號輸入采集計算機工作站進行處理。在625 Hz處取樣，并應用抗混淆過濾器，以200 Hz為分界點。數據收集后，采用3D數字轉換器將患者的頭部性狀轉換為數字模式，并定位電磁線圈的位置。采用Align軟件擬和每個患者的磁共振腦解剖圖像及腦磁圖的頭部數字模式，以便形成磁源性影像，幫助功能定位。用Talariach數據庫[8]確定這些體素的大概解剖定位。

2 結果

本研究共6例患者完成了腦磁圖檢查。MRⅠ證實幕上單側卒中者2例，腦干卒中4例。腦梗死5例，腦出血1例（表1，病例4）。患者發病后均存在飲水嗆咳主訴。電視透視檢查提示咽期吞咽啟動延遲的患者4例（病例1～3，病例5）（表1）。咽吞咽啟動的潛伏期為0.03～0.12 s。另2例無吞咽延遲。

表1 患者的一般情況

2.1 吞咽任務激活腦區 5例患者得到磁源性影像。由于病例5的吞咽曲線擬和失敗，沒有得到腦磁場變化的分析結果，因此剔除。腦磁圖下自主吞咽所激活的腦區包括：島葉、中央回外側下部、前扣帶、后扣帶、額上回、額中回、直回、顳極、角回、枕葉、顳上回、顳中回后部等（表2）。圖1為位于初級運動區外側下部的偶極子（電流偶極子是錐體細胞的細胞內電流所形成的）。

2.2 自主吞咽激活腦區的時間順序 綜合上述5例患者在自主吞咽任務中，獲得在吞咽動作起始前2500 ms左右內激活偶極子（每16 ms）出現的部位及相應時間點。總結5個比較重要的腦區的激活時間，發現其最早激活時間也出現于相對較為恒定的時間段（表3）。

表2 5例卒中后吞咽障礙患者自主水吞咽激活腦區的分布

圖1 腦磁圖顯示位于初級運動區的外側面、靠下部的偶極子（紅色的點）

2.3 自主吞咽激活腦區的環路 所激活腦區并不是在整個吞咽處理過程中的單一時間段內發生激活，而是在不同的時間段內反復激活數次，形成3個環路。5例患者的神經環路相對比較恒定。

環路1：丘腦、前扣帶、后扣帶、中央回、島葉、小腦環路。不同的患者，上述部位在環路中的順序可以有所不同。也可以在某次循環當中不出現某個部位。例如病例1為前扣帶首先激活，經過丘腦、中央回到達小腦，小腦的信息回到島葉，然后到達后扣帶回。而病例3則表現為中央回首先激活，然后到達前扣帶，經過丘腦到達島葉，島葉將信息傳遞給小腦后回到后扣帶。

環路2：在第一個環路的基礎上，丘腦在將信息傳遞給下一個腦區時，同時發出信息到達腦干，再返回丘腦。到達腦干的部位可以是中腦、腦橋或者延髓。以腦橋多見。

環路3：感覺信息來自吞咽周圍器官，經過腦干上傳到丘腦后到達島葉，經過頂枕區和后扣帶，再回到額葉中央回，經中央回到達延髓的背側。

3 討論

本研究利用腦磁圖觀察有吞咽障礙的卒中患者在自主吞咽任務中激活腦區的部位，結果與既往報道[1-3，9]一致。其中，中央前后回、前后扣帶、丘腦、島葉存在持續穩定的激活，同既往研究結果一致[10]。腦區存在反復激活，根據激活的順序，提示存在激活環路。

本研究發現，在自主吞咽發生之前，初級運動區及初級感覺區呈現持續激活[11-12]，這與既往的研究一致[13]。但初級運動感覺區的激活主要集中在右側半球，與既往研究的左側半球主側化結果相反[12]，提示吞咽障礙的患者可能存在右側半球的代償。研究顯示吞咽動作激活的感覺運動區表現出強烈的半球間及半球內的功能連接[14]。丘腦是基底節的重要結構，所有的自主運動計劃，都有基底節的傳入[15]，是丘腦持續穩定激活的原因。在5例患者都有殼核或尾狀核的激活，提示基底節的參與。這與既往功能磁共振的研究結果也是一致的[15]。既往腦磁圖研究發現只有自主水吞咽時才有左側島葉及額葉島蓋的激活[16]，本研究中島葉呈現持續穩定激活。島葉由于介導感覺運動的傳入、傳出信息，故代表幕上吞咽神經網絡的關鍵節點[17]。在前額葉、顳頂葉可見激活區域，但僅數個研究發現這些部位的持續激活[10]。以損傷部位為基礎的研究發現額葉皮質損傷可以導致吞咽障礙[18]。由于腦磁圖時間分辨率高的緣故，某些腦區激活較既往本中心的功能磁共振研究所顯示的激活部位[19]出現率增高，例如后扣帶回、額極、額中回和額上回，前扣帶和島葉等。而腦干和小腦的激活出現率則與其相似。

本研究結果發現，前扣帶回、島葉等腦區在相對恒定的時間段內激活，例如前扣帶回在2000 ms左右激活，5例患者中4例激活時間較為恒定。該結果同既往結果[4-5]一致。但本研究中上述部位的激活時間段較既往的研究[5]結果更早一些。Watanabe等[5]在其8例研究對象中，4例出現后扣帶回的激活，且后扣帶的激活早于前扣帶及島葉。本研究中5例患者均出現后扣帶的激活。4例患者后扣帶激活晚于前扣帶及島葉，這種近乎相反的結果可能與本研究中受試者為吞咽障礙的患者，其吞咽皮質功能受損的緣故。有研究顯示在卒中后吞咽障礙的患者，前扣帶回血流量顯著低于無吞咽障礙的患者，提示該腦區是重要的吞咽皮質網絡之一[20]。

表3 5例患者激活部位激活的相應時間段或時間點（時間單位為-×103 ms）

本研究的結果顯示，有些腦區并不是在整個吞咽處理過程中的單一時間段內發生激活，而是出現反復激活的情況，信號經過某個區域后可能再次返回該區域而使其再次激活。例如丘腦、扣帶回、小腦、腦干、額葉等大多數吞咽任務前激活的腦區都存在反復激活。這種同一腦區反復激活的現象，Milliken等[21]在觀察口部運動的研究中也有類似的發現，即感覺運動皮層、輔助運動區、小腦和丘腦在執行運動過程中的不同時間都是激活的。

本研究中不同的患者存在共同的激活路徑，即相同的環路，在某些環路當中的傳遞順序可以完全相同。例如所有患者都存在丘腦-額葉中央回-島葉-小腦-前扣帶-后扣帶-丘腦的激活環路。在上述環路的基礎上，丘腦往往同時與腦干發生往返信息的聯系，說明丘腦是上下級吞咽中樞的中繼站。許多運動計劃的部分閉合的環路，都與功能相關，將基底節、相關丘腦核團與感覺運動區、補充運動區等相連。而且這種環路多平行存在，但功能相分離[15]。額葉的中央回很可能是最后發出吞咽指令的部位，為吞咽的執行腦區。同時，由于存在腦干-丘腦-島葉-后扣帶-頂枕區這樣的通路，提示中央回可能接受來自頂枕葉、島葉、后扣帶等區域的信息，因此該區還有整合感覺處理信息的功能，參與吞咽的啟動[22]。由于島葉接受來自腦干的內臟感覺，因此提示參與胃腸道的感覺運動功能[23]。

本研究是一個針對卒中后有吞咽障礙患者的初步預探索研究。所觀察到的環路仍需要更多健康受試者進行驗證。本研究病例數相對較少，且每例患者的卒中病灶位置也不相同，因此目前的結果尚需要更大樣本量的研究來證實。今后研究也需要在同一卒中部位的多個患者內完成。

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【點睛】

應用磁源性成像進行的預探索研究發現了卒中后吞咽困難患者吞咽皮質激活相對固定的3個環路。