镜像神经元系统与吞咽神经网络的功能连通性研究

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研究背景和目的镜像神经元系统(mirror neurons system,MNs)是一类在观察和执行相关动作时均能放电的神经元的集合。动作观察(action observation,AO)是基于MNs理论提出的新型神经康复技术,其核心理念是使患者观察目标导向动作来刺激相应的MNs,积极调动MNs与指向动作的共同脑区,自上而下激活受损脑区的功能恢复。目前脑卒中后吞咽障碍严重影响患者生活质量,而现有临床常规治疗效果欠佳,亟需寻求一种直接修复受损吞咽神经网络的高效康复技术。既往研究发现吞咽神经网络与MNs有相重叠的脑区,但目前尚缺乏MNs和吞咽神经网络之间连通性的可靠性证据。鉴于此,本论文以健康志愿者为研究对象,以任务态功能磁共振成像技术(functional magnetic resonance imaging,f MRI)为研究方法,从共同神经节点、功能连接、有效连接多个方面深入探讨MNs与吞咽神经网络的连通性,为AO应用于吞咽障碍治疗提供理论依据。方法1、对29名健康志愿者进行任务态f MRI扫描,采用传统脑激活方法分析每个任务下的脑激活情况,初步比较观察和执行吞咽动作时MNs与吞咽神经网络的激活,研究两者间的共同神经节点。2、收集52名健康志愿者任务态f MRI数据,使用独立成分分析(independent component analysis,ICA)方法分离出观察和执行吞咽任务相关的神经网络,并对这些网络进行功能性网络连接分析(functional network connectivity,FNC),探索MNs与吞咽神经网络的功能性网络连接。3、基于FNC结果,分别提取50名志愿者的f MRI数据分别提取感兴趣脑区(region of interest,ROI)时间序列信息,52名志愿者中有2名志愿者数据因ROI提取不足被排除在外,最后进行动态因果模型分析(dynamic causal modeling,DCM),构建MNs与吞咽神经网络的最优交互模型。结果1、观察吞咽动作期间,颞中回、额下回、中央前后回、辅助运动区、海马、脑干和脑桥均被激活;执行吞咽任务激活了大部分运动区及顶下小叶、小脑蚓、额中回、颞中回等其他脑区;BA6和BA21脑区在观察和执行吞咽动作期间均能被激活。2、ICA分离出6个与观察吞咽任务高度相关的神经网络,8个与执行吞咽任务相关的网络;FNC显示观察和执行吞咽任务两者间的网络连接错综复杂,其中基底节神经网络和凸显网络与观察和执行吞咽两个任务均具有高度相关性,此外观察吞咽任务相关的背侧注意网络与执行吞咽任务相关的感觉运动网络之间的功能连接最强。3、基线水平,左侧枕叶自抑制较强,并对同侧的丘脑和中央前回具有抑制作用,其余ROIs之间存在兴奋性连接;观察吞咽任务时,所有ROIs的自连接均为负值,左侧脑岛对中央前回、中央前回对枕叶及丘脑具有定向抑制作用,右侧辅助运动区对左侧枕叶也为抑制性连接;执行吞咽任务期间,仅左半球的ROIs存在有效连接,枕叶的自抑制减弱,尾状核与丘脑、额叶与脑岛存在兴奋性前向连接。结论1、BA6和BA21脑区在观察和执行吞咽动作期间均能被激活,是MNs和吞咽神经网络的共同神经节点。2、MNs与吞咽神经网络存在复杂的功能性网络连接,其中背侧注意网络、基底节神经网络、凸显网络、感觉运动网络可能是两者间的核心网络通路。3、MNs与吞咽神经网络之间存在有效连接,观察和执行吞咽动作须同时进行才能有效激活两者间的核心网络通路。
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