健康受试者吞咽皮质中枢经颅磁刺激后脑神经机制的静息态fMRI研究

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研究背景:  吞咽功能是人类最基本的生存功能之一,也是最复杂的生理活动之一,研究表明吞咽活动需要包括双侧皮层、皮层下结构及脑干在内共同协调完成。吞咽障碍是脑卒中常见的合并症。近年来临床研究发现,采用重复经颅磁刺激(repetitivetranscranialmagneticstimulation,rTMS)可改变单侧半球卒中后吞咽障碍患者吞咽相关皮质的兴奋性,从而促进吞咽功能的恢复。rTMS的刺激模式中尤以新提出的短阵脉冲经颅磁刺激(theta-burststimulation,TBS)引起大家的极大兴趣,TBS一般包括持续短阵快速脉冲经颅磁刺激(continuousTBS,cTBS)和间隔短阵快速脉冲刺激(intermittentTBS,iTBS)两种刺激模式,已被证实是调节吞咽皮质兴奋性的有效刺激模式。随着功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)技术的发展,为活体研究TMS的作用机制带来了契机,尤其是近年来提出的静息态fMRI技术,已被广泛用于研究人脑的生理和病理神经机制。有研究推测rTMS可通过调制大脑皮层神经元的膜电位来达到改变脑内神经元电活动以影响局部和远隔脑网络连接等,但目前对TBS改变大脑半球吞咽相关皮层中枢神经元活动及神经通路的具体模式尚不清楚。  研究目的:  研究TBS对健康受试者舌骨上肌群运动皮质刺激前后静息态神经元自发活动能量及功能连接变化特征,探讨TBS对吞咽相关大脑皮层的作用模式及作用机制。  研究方法:  本研究经广州医科大学附属市一人民医院伦理委员会批准并经所有受试者知情同意。共招募60名健康志愿者参加本项研究,其中男30人,女30人,年龄范围20~33岁,平均年龄23.45±2.73岁。采用随机数字法将所有被试分为3组,每组20人(男10人,女10人)。在磁刺激神经立体定位导航系统的引导下,对受试者双侧吞咽(舌骨上肌群)皮层代表区放置线圈进行刺激,三组被试分别采用三种不同的TBS刺激方案[cTBS组(左侧皮层),iTBS组(左侧皮层),cTBS(左侧皮层)合并iTBS组(右侧皮层)]。采用西门子3.0TMR对受试者刺激前及刺激后30分钟内分别行结构像及静息态脑功能成像(Rs-fMRI)。数据分析方法如下:  1、神经元自发活动能量比较:采用低频振幅(ALFF)技术比较分析每组受试者TBS刺激前后脑神经元自发活动的差异,并提取差异脑区的ALFF值,进行定量分析。  2、脑区功能连接比较:采用基于双侧初级运动皮层(M1)为种子点的功能连接(FC)分析,比较各组受试者在不同刺激模式下的脑区功能连接差异。  研究结果:  1、ALFF分析:  ①cTBS刺激模式前后比较:ALFF值减低的脑区为左侧内侧额上回(BA23),右侧辅助运动区(BA20)(P<0.01);未发现ALFF值增高的脑区(P>0.01)。  ②iTBS刺激模式前后比较:ALFF值升高的脑区为右侧额上回(BA5),右侧颞上回(BA81),右侧前扣带回(BA32),右侧颞中回(BA85),左侧楔叶(BA45)(P<0.01);未发现ALFF值减低的脑区(P>0.01)。  ③cTBS合并iTBS刺激模式前后比较:ALFF值升高的脑区为左侧额中回(BA7),左侧扣带回(BA33),左侧顶下小叶(BA61)(P<0.01);ALFF值减低的脑区为右侧颞中回(BA85),右侧枕上回(BA49),左侧枕中回(BA51)(P<0.01)。  2、Rs-FC分析  ①cTBS刺激模式组刺激前后比较:以左侧M1区为种子点,未发现功能连接增强或减低的脑区;以右侧M1区为种子点,右侧小脑脚(BA94)功能连接减低。  ②iTBS刺激模式组刺激前后比较:以左侧M1区为种子点,双侧中央后回(BA57,BA58)、右侧扣带回(BA34)功能连接增强;以右侧M1区为种子点,右侧中央后回(BA58)、左侧楔前叶(BA67)功能连接增强,左侧楔叶(BA45)、右侧小脑脚(BA92)功能连接减低。  ③cTBS合并iTBS刺激模式组刺激前后比较:以左侧M1区为种子点,右侧楔前叶(BA68)功能连接增强,右侧小脑(BA106)功能连接减低;以右侧M1区为种子点,右侧额上回眶面(BA26)及右侧岛叶(BA30)功能连接减低。  结论:  1、TBS可以改变多个脑区局部神经元自发脑活动能量,其中cTBS的效应主要是抑制大脑半球相关脑区的活动;iTBS的效应主要是兴奋大脑半球相关脑区的活动;iTBS可以减弱cTBS对同侧大脑半球的抑制作用。  2、TBS可以导致吞咽运动相关脑区与同侧及对侧多个脑区功能连接改变,不同刺激模式导致的功能连接模式改变不同。
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