初步探讨利用f M R I技术研究口腔内冷热刺激的中枢反应

[ 摘要 ]   目的 ： 利用功能核磁共振成像技术探讨 1 3 腔 内不 同温度刺激 的大脑皮层 反应 的可行性 。方法 ： 选取健 康志愿者 1 名。采 用 自制水传递装置及采 用 1 3腔温度刺 激过程 ( 温 度刺 激信号减 静息 信号 ) 的组块设 计方 法 ， mR 1扫描数据用 S P M 9 9 软件包进 行结果的数据分析 。结果 ： 本实验温 、 冷 、 热刺激左侧 口腔 黏膜 ， 获得 大脑 激活 区有显著不同 ， 在 2 3℃ 水 刺激 口腔时 ， 双侧额 上回 B A 8 和额 中回 B A 6 、 右侧 中央前 回 B A 6 、 顶叶 B A 4 0和颞 上 回 B A 3 8 可见激活 。 4℃ 水刺激 时 ， 右侧脑干 、 岛叶 、 额上 回 B A 5 、 额下 回 B A 4 7 、 颞 下 回 B A 1 9 ， 左舌 回 B A 1 8可见 激活 。 5 6℃水刺激时 ， 双侧额下 回 B A 4 5 、 中央前 回和岛叶 、 右 舌 回、 左颞 上 回可见激 活。结论 ： 冷热 水刺 激激活 了不 同大脑皮层不 同区域 ， f M R I 技术可用 于探讨 1 3腔温度感觉的中枢反应 的研究 。

[ 关键 词]   功能性磁共振成像  口腔内 温度刺激

[ 中图分 类号 ]   R 8 1 7 ． 4   [ 文献标识码 ]   A   [ 文章编号]   l 6 7 l —7 6 5 l ( 2 0 0 8 ) 0 l —0 o 6 4 —0 3

口腔感 觉功 能 异 常 强 大 ， 能 感 觉 分辨 口腔 内非常细微 的物体 ， 这 与 口腔 感 觉 和 中枢 系 统 的关 系密不可 分 ， 在 传统 人类 躯体 感觉 矮人 图中 ， 口腔感 觉 区占有 面积 最 大 ， 这 也 说 明 口腔 感 觉 功 能 的重 要 性 和功能 的精 细性 。 目前有 关 味觉 和躯体 感觉 皮层 定位已有研究 ， 但 是 口腔 内食物 的 温度 是怎样 被感 知 的 ，相 应 的皮 层 反应 如何 ?其 中枢 机制 长期 以来仍 是 未解 之谜 。 随着感 觉 中枢 机 制 的研 究 发 展 ， 口腔 感 觉与大脑 中枢 的关系及 口腔疾病 对 脑功能 可 能产 生 的

影 响 正在 日 益受 到 关注[1]。

脑功 能性 成像 技术 能够 确定 人脑 在受 到某 种 刺激 时大脑 皮层 的 哪些 区域 被 激 活 ， 使 人 们 无 创性 的直 接窥视 与 人类各 种 功能 相联 系 的大脑 皮层 区功 能反应 ， 该技 术 的应用 领域 涉 及 到 脑 科 学 研究 的各 个领域 [2]， 也 为 口腔功 能 与 脑功 能 的研 究 提 供 了 有 效的手 段 。功能 核磁 共振 成像 技术 ( f u n c t i o n a l   m a g n e t ．i c   r e s o n a n c e   i m a g i n g ， f M R I ) 和 正 电子 发 射断 层 扫 描技 术 ( p o s i t r o n   e m i s s i o n   t o m o g r a p h y ， P E T ) 是最 常用 的成 像技 术 ， 已成 功用 于温度 感 觉 的 中枢 机制 研究 ， 包括 四肢 皮肤 和 面部 的冷 热 刺 激 的皮 层 定[3-4] ， fM·R I 作 为 无损 和动 态 的探 测 技 术 ， 已 日益 成 为 观察 大脑 活 动 ， 进 而揭 示脑 和情 绪 关系 的一种 重 要方法 ， 由于 口腔感 觉 复杂 ， 口腔 内冷 热 刺 激 的皮 层 中枢 反 应研究 迄今 在 国 内外 报 道 很 少 。本 实 验 利 用 f M R I 技术 ， 自制 了水 传递 装置 ， 初 步分 析 口腔 内冷热 水刺 激的大脑 皮层 的 反应 ， 在 此 基础 上 ， 进 一步 研究 口 腔 温度 感觉 。实 验初 步探 索 研究 实验 方 法 的可 行性 ， 以及 激 活 的相 应 脑 区 ， 探 索 口腔 温 度 感 觉 的 中枢 反应的研 究方法 。

1 材 料 与方 法

1 ． 1   研 究 对 象 健 康 志愿 者 1名 ， 女 性 ， 年 龄 3 2岁 ， 右利 手 。 口颌 系 统功 能 正 常 。 扫描 前 两 小 时 禁食 ， 正常饮 水 。除外 脑 器 质性 病 变 等可 能 影 响 实 验结 果 的因 素 。受 试 者 被告 知研 究 内容 ， 并 签 署 知 情同意 书 。冷 热刺 激 的强度 和愉 快感 觉 评估 采用 视觉模 拟评 估 法 ( V i s u a l   a n a l o g u e   s c a l e ， V A S ) [5]， 用 一 条长约 1 0 ． e m 的标 尺 ， 两 端 分 别代 表 0分 和 1 O分 ， 让被试 在直 尺上 标 出能代 表 自己疼 痛强 度 和愉快 程 度的相 应位 置 ， 根据 病 人标 出 的位 置 为 其 评 出强 度 和愉快 感觉 的 分数 。1 ) 强 度 V A S ： 0 — 1 0   e m 标 度 ， 0 —5   e m表示无感觉到最冷或最热 ， 5— 1 0   e m代表最小到最 大 的热 或冷 痛[6]。测量 结果 ： 4℃水 V A S为 5 ，2 3   o C   V A S为 3 ， 5 6℃热 水 V A S 为 5 。2 ) 愉 快 V A S ：0 — 1 0   e m   V A S标 度 ， 0不 愉 快 ， 5   e m 中度 愉 快 ， 1 Oe m分 代表 极 为愉 快[7]。测 量 结 果 ： 2 3   o C   V A S 平 均为 5 ， 4   o C   V A S 平 均 为 6 ， 5 6   o C   V A S 平 均 为 2 。1 ． 2 实验设 计 自制软 管水 传递 装置 ， 将 软管一 端固定 于 口角侧 ， 使软 管 口接触 舌 尖 ， 软 管远 心端 连接2 0   m L注 射 器 。实 验 前 预 热 或 预冷 输 水 管 ， 并 在输水 管 外部进 行 隔热 处 理 。选 择 0— 4℃ 为 冷 水 刺 激C组 ， 2 3℃作 为温水 刺激 w 组 ， 5 6℃为 热 水刺 激 H组 。实验 采 用温度 刺激 信 号减 静息信 号 的组 块设 计方 法 ( b l o c k   d e s i g n ) ， 每个 阶段 分 3个 部 分 ： 首 先 温水 刺激 ， 之后 冷水 刺 激 ， 最 后 是 热 水 刺 激 ， 每 个 阶 段之 间 间隔 5   m i n 。刺激 任 务 如 图 所示 ， 静 息 状 态 3 OS ， 0   S 时 开始 至于 1 5   S 内均 匀 注入 3   m L 水 ， 1 5   S 时拍 左足示 意 吞咽 ， 1 5   S 后为 静息 状态 扫描 ， 重 复此 过程 5次 ， 每一 阶段 功能 扫描 5   m i n 。热水 刺激 功 能扫描 之后 行全 头 3 D横 轴 位 解 剖像 扫 描 ， 时 间 8   m i n 。实验 过程 中被试 全程 闭 眼 ， 见 图 1 。

1 ． 3 数据 采 集 实验 在三零 六 医 院磁共 振室 完成 ，所用 扫 描仪 为 G E ／ E l s c i n t   2 ． 0 T   P r e s t i g e 和标 准 的头线 圈 。受 试 者佩 戴耳塞 机 真空 头颅 固定 帽 以减轻 扫描 噪音 干扰 及细 微 的头颅 移动 。

1 ． 4 数 据处 理 将功 能像 与进 行 头动校 正 ， 解剖 结构像 与功 能像 的对 齐 。与蒙 特利 尔 ( M N I ) 模 板进 行

3.讨论

随着脑功能成像技术的广泛应用，fMRI技术已成功的用于口腔味觉、口腔驱体感觉定位和触觉等口腔功能研究，但是fMRI实验设计较为复杂，目前也没有较多任何模式设计经验可以借鉴[2,8,9,10]。特别是头面部的fMRI研究，由于扫描仪头线圈内实施刺激方案困难，大大限制了头面部fMRI的应用，因此头面部的口腔温度感觉研究的难点在于实验刺激方案的实施。水传递装置是用来实施口腔内刺激的一 种方 法 ， 通 过 软 管装 置将 远 距 离 水 传 递 到 口腔刺激 口腔的 目的。这个方法在味觉研究 中应用广泛而且 成熟 ， 但 是 口腔 内温 度感 觉 的脑 功 能 成 像 研 究中， 未见报道 。我们利用 自制的塑料软管水传递装置实施 口腔 内不 同 温 度水 刺 激 任 务 ， 试 图解 决 口腔内温度 刺激的 难题 ， 以此 专 门研 究 口腔 温度 感 觉 的大脑 皮层 反应

由于 口腔 内对 温度 的耐 受 力 远 大 于 皮 肤 ， 根 据L e w i s 的测定皮肤的开始烫痛的温度是 4 3℃ ， 感觉寒 冷 的 1 8℃ ， 而 口腔 黏膜 的 耐受点 是 6 5℃ ， 寒 冷 的耐受点 4℃ [11]。我 们选 择 4℃ 、 2 3℃ 和 5 6℃ 水分别 作 为冷 刺激 、 温 刺 激 和 热水 刺激 。被 试 预先 进 行过演 练 ， V A S 评 分 ， 所 选 水 温 刺 激 被 试 并 不 会 感 觉疼痛。实验过程 中， 将传递管外部进行隔热处 理保证 远距 离 传送液 体 过程 中 ， 温 度不 会发 生 明显变 化 。实验 中一 次注 入 的水 量 少 ， 令 受 试 者 在 非 数据 采集期吞咽 ， 以减少对数据采集期数据 的影 响。实验采用组块 设计 方法 ， 每 个 阶段分 3 个 部分 ： 首 先温 水刺激 ， 之后冷 水刺 激 ， 最 后 是 热 水 刺 激 ， 每 个 阶 段 之 间间 隔 5   m i n 。静 息状 态 3 0   S ， 1 5   S 内吞咽 间所得 数 据被剔 除 以此 排 除 吞 咽 干 扰 ， 1 5   s 后 即 第 3 O秒 至 1r a i n 为 静息状 态 扫 描 。采 用 口腔 刺 激 过 程 ( 刺 激 信号减 静息 信 号 ) 的 组 块设 计 方 法 。以 往 f M R I 研 究表 明 ， 大脑 温度感 觉 的皮 层 有 ： 躯 体 感 觉 运 动 区 、 岛叶 、 次级 躯体 感觉 皮 层 、 前 扣带 回 、 丘脑 、 顶 叶 、 额 叶 、初 级躯 体感 觉 皮 层 S I 和小 脑 等[7]。我们 的实 验 发现 温 、 冷和 热刺 激 口腔黏 膜 ， 获得 大脑 激活 区 除了 中央前后回、 岛叶、 额叶等共 同的区域 ， 也有显著不同，口腔 内室 温水 刺激 引起 双侧 额 上 回( B A 8 ) 和额 中 回( B A 6 ) 、 右 中央前 回( B A 6 ) 、 右 顶 叶 ( B A 4 0 ) 和右 颞上 回 ( B A 3 8 ) 激活 。在 口腔 内冷水 刺激 过程 中 ， 右侧脑 干 、 岛叶 、 额 上 回 ( B A 5 ， 1 0 ) 、 额下 回 ( B A 4 7 ) 、 右 颞下 回 ( B A 1 9 ) ， 左 舌 回 ( B A 1 8 ， 1 9 ) 可见 激 活 。 口腔 内热 水刺 激 引 起 双 侧 额 下 回 ( B A 4 5 ) 、 中央 前 回和 岛叶 、 右舌 回 、 左颞 上 回激 活 。从 激 活的范 围和程度 上右侧反应显著于左侧 ， 热水刺激 反应显著 于冷水。由此说 明 口腔感 觉 冷热 刺激 后大 脑皮 层有 明显 不 同的反 应 。本 实 验初 步 探 讨 这种 实 验方 法 的可 行 性 ，不过个 体分 析 的激 活 区 尚不 能完 全反 映实 际 的激活情 况 ， 还有 待 于下一 步 多个 被试 实验 的组 分析 结果 。从 本实 验结 果看 ， 不 同 温度 水 刺 激 口腔 激 活 了 不 同的大脑 皮 层 区。 同时说 明我 们实 验 的可行 性 。

口腔 内感 觉非 常 复 杂 ， 如 何 分 解 各 种 感 觉 是 未来研 究重 点和 难题 。人 类摄 食 与 口腔 感 觉特别 是 温度感觉 密 不 可 分 。探 索 关 于 口腔 温 度 感 觉 的新 线索 ， 对 揭 开 口腔感 觉 的 中枢机 制 具 有 重 要 而 深 远 的意义 ， 对 口腔 温度感 觉 调控 感 觉 功 能 等 生 命 现 象将会有更 深入 的认识 ， 为 脑 的解 剖 学 和生 理 学 等 基 础研 究 提供 了新 思路 、 新 方法 。 ·