初级体表感觉皮层功能性重组的研究

发布时间：2017-05-06 14:01

  本文关键词：初级体表感觉皮层功能性重组的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“可塑性”这一概念最早产生于医学界,被引入认知神经科学领域后,其意义得到拓宽,主要是指外在环境和自身条件的变化,比如学习、经验、受伤等,使大脑发生的改变。大脑可塑性贯穿人的一生。主要表现在结构和功能重组两个方面。结构上的可塑性可以发生在大脑皮层、神经元环路等区域,具体涉及皮层厚度、皮层面积,树突长度、树突棘密度和神经元数量等方面。而功能重组则可能表现为神经元水平上突触连接的改变、皮层表征区域功能重组和神经网络水平上不同感觉的跨通道连接。已有研究表明,某些疾病的成因与大脑可塑性密切相关,比如初级体表感觉皮层(the primary somatosensory cortex,S1)和临床疼痛之间就有着紧密的关系。fMRI和EEG等技术的发展又为观察这种关系的变化提供了较为准确的方法,因而大脑皮层可塑性成为认知神经科学领域研究的重要课题。“幻肢感”是一种截肢后的并发症,主要是指截肢后病人感觉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、灼烧疼、强烈的痉挛等。需要注意的是,这种感觉并不是病人的一种妄想,而是一种错觉。在某些皮层重组的案例中,如果我们触碰某些体表位置,可能会诱发幻肢感,这些区域称之为“触发区”。触觉、温觉、针刺、流淌、抚摸都能诱发幻肢感。幻肢痛的病理机制目前尚不清楚。被人们广泛接受的有大脑皮质重组。很多研究已经表明初级体表感觉皮层重组有可能是导致幻肢痛的重要原因。初级体表感觉皮层重组的程度越高,那么幻肢痛的疼痛就可能越强。因而幻肢痛患者是研究初级体表感觉皮层可塑性的理想对象。虽然刚开始对可塑性的研究集中在身体受损的患者身上,但是正常人大脑可塑性也是存在的,主要受学习、训练的影响。其发生区域可以在大脑皮层初级体表感觉皮层、初级运动皮层、听觉皮层、视觉皮层等等。我们试图通过对比幻肢痛患者和正常人在同样的任务态下初级体表感觉皮层的激活情况证明幻肢痛和初级体表感觉皮层功能重组关系的稳定性。探讨长期的幻肢痛是否是截肢侧对应的s1对疼痛相关内容敏感性增强的主要原因。在疼痛的研究方法中,激光刺激器诱发的eeg响应,也被称为激光诱发电位(laser-evokedpotentials,leps)是目前被广泛接受的评估疼痛电生理特征最好的方式。eeg自身无创伤性、成本低廉、时间分辨率高,而激光刺激器给出的刺激不仅刺激时间短暂、定位准确、强度可调节、无创伤而且还可以选择性诱发aδ纤维和c纤维神经梢。低强度的躯体感觉刺激,如经皮电神经刺激,诱发的脑电(electroencephalography,eeg)响应,也被称为体感诱发电位(somatosensory-evokedpotentials,seps)。它能够激活较大的神经纤维aβ,通过复杂的传导通路传入大脑皮层后诱发seps。aβ纤维、aδ纤维、c纤维在传导速度、直径、作用上各有差异。aβ是大的髓鞘化纤维,直径约为35~75μm,传导速度约为5~30m/s,主要负责非伤害性传入神经冲动的传导,但也会参与疼痛的调节,aδ纤维是一种小的髓鞘化纤维,直径约为1~5μm,传导速度约为6~12m/s,对伤害刺激和伤害反射的定位有很大作用;最后,c纤维是小的无髓鞘化纤维,直径约为0.2~1.5μm,传导速度约为0.5~2m/s,也会传导伤害性传入神经冲动,但是由于它们的传导速度很低,主要作用是保护疼痛区域免受进一步伤害。相较于正常的leps和seps,非正常的leps和seps振幅、潜伏期都有明显差异。因此我们用leps检测疼痛躯体感觉通路的完整性,而用seps检测非疼痛躯体感觉通路的完整性。功能性磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fmri)虽然时间分辨率低,但是空间分辨率高,可以与脑电互补,也是疼痛研究的重要技术。在本实验中,采用的刺激为激光刺激和疼痛共情图片(用棉签或者针刺激左右手)。要参与疼痛感知的主要大脑区域有s1、次级躯体感觉皮层(thesecondarysomatosensorycortex,s2)、前部扣带皮层(theanteriorcingulatecortex,acc)、前脑岛(theanteriorinsula,ai)以及脑侧裂。而疼痛共情是一种能够感受别人疼痛的能力。通过疼痛共情的方式同样能够激活大脑与疼痛的相关脑区比如acc、ai、s1等。我们预期在同样的疼痛共情任务下,正常人处理疼痛信息的脑功能没有发生改变。而长期的幻肢痛是导致截肢侧对应的s1对疼痛相关内容敏感性增强的主要原因。本研究包括两个实验。实验一对象为一名有21年幻肢痛的患者,采用的技术为eeg和fmri,fmri实验刺激为激光刺激和疼痛共情图片。eeg数据表明将激光刺激和电刺激作用在健康侧肩部时,leps和teps呈现得比较清楚。而如果刺激截肢侧肩部,则有很大不同。通过对比健康侧和截肢侧的eeg结果,表明幻肢痛的健康侧疼痛和非疼痛躯体感觉通路都是完整的,而截肢侧则存在缺陷。fmri数据表明当用laser激光刺激被试右手手背,同侧s1、小脑都有明显的激活。相对于非疼痛图片刺激,疼痛图片刺激下和视觉有关的大脑区域、前部和中部扣带回、截肢侧对侧的S1都有明显激活。进一步ROI分析显示左侧S1 BOLD信号的变化率并不受刺激手的类型、刺激的模态和他们相互作用的影响。而右侧S1 BOLD信号的变化率相对于左侧的触碰受左侧的疼痛变化更加明显,右侧的疼痛和右侧的触碰并没有明显的差别。这个发现暗示着截肢侧对侧的S1对疼痛相关的内容敏感性提高。实验二对象为16名成人被试,年龄从39-61岁(M=48.8,S.D.=5.8),采用的技术为fMRI,实验刺激采用激光刺激以及与实验一相同的共情图片。fMRI结果表明,当用激光刺激被试右手手背,对侧S1、脑岛有明显激活。fMRI结果表明,在PL、PR、TL和TR四种条件下,S1、枕叶、MCC都有明显激活。疼痛动态图和非疼痛动态图刺激下的大脑激活没有任何的差异。S1、枕叶以及MCC的激活表明被试可以正常的接受疼痛和视觉信息刺激,进一步的ROI分析表明左侧S1并不会因为刺激手的不同,刺激模态的不同而被显著的调节,同时,他们相互作用也不显著。右侧S1也是如此。这些结果表明正常人的大脑可塑性是存在的,主要跟学习、经验等因素有关,但是正常人处理疼痛信息的脑功能并不会因此发生改变。从而证明了幻肢痛患者S1(被截肢侧)对疼痛敏感性的增加并不是因为实验材料,幻肢痛和S1功能性重组有着密切的联系,长期的疼痛有可能是S1出现功能性重组的主要原因。如果这是持续性疼痛一种异常的神经信号特征,那么我们就可以通过神经生理的手段较为精确的测量持续性疼痛。考虑到身体受伤后神经可塑性能够被迅速发现,我们推测即使在那些幻肢痛史少于21年的患者身上也能发现S1对于疼痛相关和截肢相关内容敏感性的提高,特别是那些更加年轻的病人。当然,我们结论的信度和效度需要用很多的幻肢痛病人和正常人的神经生理数据的支撑。但是也许我们的方法在未来可以用于评估幻肢痛患者神经可塑性水平。
【关键词】：疼痛 幻肢痛 S1 神经可塑性 功能重组 脑电 功能性磁共振成像
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：B842.1
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-11
• 1 研究背景11-17
• 1.1 大脑可塑性的研究现状11-13
• 1.2 幻肢痛的研究现状13-15
• 1.3 正常人大脑可塑性研究现状15-17
• 2 疼痛评估方法17-22
• 2.1 神经电生理方法18-20
• 2.2 功能磁共振成像方法20-22
• 3 问题提出22-24
• 4 实验一：幻肢痛患者初级体表感觉皮层功能性重组的个案研究24-31
• 4.1 实验假设24
• 4.2 实验被试24
• 4.3 EEG实验24-27
• 4.3.1 实验刺激24-25
• 4.3.2 实验过程25
• 4.3.3 数据记录和分析25-26
• 4.3.4 实验结果26-27
• 4.4 fMRI实验27-29
• 4.4.1 实验刺激27
• 4.4.2 实验过程27
• 4.4.3 数据记录和分析27-28
• 4.4.4 实验结果28-29
• 4.5 讨论29-31
• 5 实验二：正常人初级体表皮层功能性重组的研究31-36
• 5.1 实验假设31
• 5.2 实验被试31
• 5.3 实验刺激31-32
• 5.4 实验过程32
• 5.5 数据记录和分析32-33
• 5.6 实验结果33-35
• 5.7 讨论35-36
• 6 总讨论36-39
• 参考文献39-44
• 致谢44-46
• 攻读硕士期间发表的论文及参加课题46

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本文编号：348500