脑功能成像对早期帕金森病感觉功能损害和感觉-运动整合缺陷的神经机制研究

摘要

研究背景及目的： 帕金森病(PD)患者存在着不同程度的感觉加工障碍以及感觉-运动整合的缺陷，这些缺陷体现在PD的早、中和晚期，有人认为其发生机制与认知和行为在较高层次上的连接不协调有关。大量的研究表明，运动的精确性依赖于本体感受器的有效传输与编码，而PD患者的运动障碍被归结为从基底节到运动皮层的功能不全、外周感受输入的异常或它们在中枢神经系统的异常处理干扰了运动程序的输出，其病理生理学基础则被认为是皮层-纹状体环路在某种程度上的中断或额叶多巴胺的缺乏。感觉-运动整合即正确地利用感觉信息来协调运动执行的过程。PD作为最常见的运动障碍疾病，一个重要症状即是在很大程度上依赖外部的感觉信息来辅助他们的运动启动和运动执行过程。例如，当PD运动迟缓者在执行一系列的运动任务时，需不断地依靠外部的视觉、听觉或其它线索，试图改善和提高其运动效率。因此，在PD患者的症状中，感觉-运动整合障碍可能扮演着重要角色。除此之外，一些研究者认为感觉，运动整合的发生是在皮层-皮层下-皮层环路中进行的，包括基底节、运动前区和辅助运动区。躯体感觉诱发电位(SEPs)试验显示出早期PD患者的额叶对感觉刺激的反应性显著降低。迄今为止，正电子发射断层扫描(PET)和功能磁共振成像(fMRI)已经广泛应用于PD的研究。上述研究通过完成相关的任务或观察静息状态下的大脑的激活状况，来探索PD的病理生理学和脑功能的变化。这些研究发现，在执行运动任务时，相对于正常人，PD患者的辅助运动区(SMA)通常激活减弱，而顶叶皮层存在着过度激活现象。此外，大量的证据也显示出PD患者的认知和行为能力的缺陷。据文献报道，他们的认知和行为受损可能与多个系统的功能降低有关。 研究脑的运动功能的一个首要问题是人脑如何进行运动计划和感觉反馈。之前的研究已显示出不同的感觉体系处理运动计划是分开进行的，例如：触觉、视觉和听觉。为了恰当地准备和精确地完成一个动作，上述多个感觉体系必须在某种程度上进行信息整合，用以指导和完成运动。对于PD患者而言，在此感觉-运动整合过程中可能存在缺陷，解剖学定位也许在前额叶。感觉-运动整合究竟涉及那些脑区？在这些脑区中正常人和PD患者是否有不同的激活模式？目前国内外均无此相关研究。因此，我们采用了一个多任务设计的脑功能磁共振成像技术来探究以上问题。 材料和方法： 21名早期PD患者，右利手，其中女11名，男10名，年龄范围43～81岁(平均年龄60.43±9.65岁)；实验前均停止服用治疗帕金森病相关药物15小时以上。实验前，进行统一帕金森病等级评定量表，HoehnandYahr残疾量表和简易精神量表测试。健康对照组为22名神经学检查正常的右利手者，其中女11名，男11名，年龄范围42～75岁(平均年龄59.23±11.12岁)。任务编码采用组块设计，包括被动触觉刺激、简单右手运动任务和感觉-运动整合任务。图像采集包括高分辨三维容积解剖T1加权像和血氧水平依赖(BOLD)平面回波T2加权像。fMRI数据分析采用SPM2软件，进行第一和第二水平的数据分析。在第一水平数据分析中，采用一般线性模型(generallinearmodel，GLM)得到每个被试各条件下的平均参数激活图，然后将得到的对比数据用来进行第二水平的随机效应分析(randomeffectsanalyses)。在组内分析中，采用单样本t-检验来判定每个任务的激活脑区(P<0.001，非校正)，每个簇聚块取≥20个体素。在组间分析中，采用两样本t-检验来判定两组被试在每个条件下的不同激活区(P<0.01，非校正)。不同条件下的脑激活区分别叠加在MNI(蒙特利尔神经病学研究所)模板上，并通过Talairach空间转换得到精确坐标定位。 结果： 执行单纯感觉任务时，正常对照组比早期PD组激活增强的脑区有：两侧初级躯体感觉区，两侧顶后区，左侧辅助运动区，左侧扣带回中部及右侧纹状体外视觉皮层(BA19)。而早期PD组比正常对照组激活增强的脑区有：两侧前额叶及右侧壳核。 执行单纯运动任务时，正常对照组比早期PD组激活增强的脑区有：左侧扣带回前部，右侧尾状核及右侧纹状体外视觉皮层(BA18，20)。而早期PD组比正常对照组激活增强的脑区有：右侧前额叶及右侧丘脑。 在正常对照组执行感觉-运动整合任务时，有一个广泛的皮层及皮层下神经网络参与，包括：躯体感觉皮层，顶下小叶，额中回，运动前区，纹状体外视觉皮层和两侧小脑半球。而PD患者相应的功能网络主要包括前额叶，运动前区和纹状体外视觉皮层。较之正常对照组，PD患者组在执行感觉到运动整合任务时，纹状体外视觉皮层有显著的激活降低，而两侧前额叶却显示出额外激活。 结论： PD患者和正常人参与感觉、运动和感觉-运动整合的神经网络是不同的。纹状体外视觉皮层可能不仅仅处理视觉信息，还是一些多重感觉处理区域，并在感觉、运动和感觉-运动整合过程中担任重要角色。在早期PD患者，由于黑质纹状体和皮层下的多巴胺缺失，可能会导致纹状体外视觉皮层的激活减弱，为了完成感觉和运动的信息整合，需借助两侧前额叶的高级整合中枢来代偿其不足。迄今为止，纹状体外视觉皮层参与感觉-运动整合的现象及PD患者此区域的激活异常还未曾被报道过，我们的研究第一次揭示出以上发现。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、英语缩略词表

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致谢

1.引言

2.材料和方法

2.1被试

2.2实验材料

2.3任务设计

2.4任务呈现方式

2.5实验设备

2.6数据获取

2.7功能数据分析

3.结果

3.1健康对照组组内分析

3.2早期PD患者组组内分析

3.3健康对照组与早期PD患者组组间分析(表20)

4.讨论

4.1正常人参与被动触觉刺激时的神经功能网络

4.2早期PD患者参与被动触觉刺激时的神经功能网络

4.3正常人参与感觉-运动整合神经功能网络

4.4早期PD患者的感觉-运动整合神经功能网络

4.4.1纹状体外视觉皮层的激活减弱

4.4.2前额叶皮层的额外激活

5.结论

6.参考文献

人脑的感觉运动整合系统形成特点及其病理状态的研究现状

作者简历及在学期间所取得的科研成果