作者：司丽红李哲元李响李康之凌霞申博杨旭
单位：医院（北京大学航天临床医学院）神经内科
编者按
前庭系统是人体平衡系统的重要组成部分。多年来，对于中枢的前庭皮层的确切定位问题，一直是研究者的难点和焦点问题。无论是应用动物进行的电生理实验研究，还是早期的临床病例报道，仍对于前庭皮层的定位问题存在争议。近几十年，随着脑功能成像技术的迅速发展，尤其是90年代发展起来的功能性核磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRI)技术因其无创性、无电离辐射性、可将功能成像与解剖细节结合起来等优点已开始应用于人类前庭皮质的研究中，为我们进一步深入分析中枢前庭的定位、功能与结构成为可能，并取得了许多成果。目前，相关前庭皮层研究主要是针对健康受试者和各类前庭疾病患者，并使其接受直流电刺激和冷热刺激、视动性刺激，分析前庭皮层及其他感觉皮层的激活-失活模式，以探讨前庭中枢的相关状态。在此背景下，今对不同刺激技术下的人类前庭皮层的fMRI研究相关的前庭皮层的定位及投射相关研究进行一综述，一飨广大读者为盼。
关键词：前庭皮层；刺激；BOLD效应；脑功能成像；顶-岛前庭皮质区；
早在二十世纪中叶，研究者开始从动物实验中探索参与前庭信息处理的皮层结构。年，Walzl等的研究中刺激猫的前庭神经，首次发现可在前薛氏上沟记录到动作电位，-年期间，Kempinsky等对以上结果进行了验证，年，Beritashvili等以狗作为实验动物，也发现了相似的研究结果。20世纪80年代，一些学者通过对灵长类动物电生理实验，发现前庭皮层呈网络状态而广泛分布，主要包括初级体感皮层、顶叶后区、额叶皮质、海马和扣带回，其中位于岛叶/后岛叶皮层和外侧裂周围的顶-岛前庭皮层(parieto-insularvestibularcortex，PIVC)构成前庭皮层的核心区域。
在人类，早期前庭皮层的发现主要基于临床病例报道，在对一些有意识的癫痫患者进行电刺激颞叶皮质、顶叶后皮质、躯体感觉皮质和岛叶，可引起相应的前庭觉。近几十年，脑功能成像技术发展非常迅速，年，Belliveau等首次得到了人脑活动的fMRI，由于其为一种非侵入性活体脑功能检测技术，由于其较时空分辨率、无侵入性、可重复性等诸多优点，且时间和空间分辨率均优于PET，是目前最为有效、应用最普遍的脑功能成像技术，可为激活区的前庭皮层定位提供了准确可靠的依据。近年来，研究者应用温度刺激、直流电刺激及强声刺激等前庭刺激技术和fMRI进行组合研究，相继发现至少10个明显参与前庭信息加工的脑区，它们广泛分布在颞顶叶交界区（temporo-parietaljunction，TPJ）和后脑岛、躯体感觉皮层（2v，3av区）、顶内沟（intraparietalsulcus,IPS）、后顶皮质（7区）、前脑岛、内侧颞部上部（medialsuperiortemporalarea,MST）、内侧/外侧额叶皮层、扣带回和海马。为此，我们对目前已发现参与前庭信息处理的各脑区皮层相关的解剖、功能研究作一综述。
一、冷热刺激(caloricstimulation)
冷热刺激是常见的前庭功能检查方法，其机制是外耳道接受冷(水或气体)或热(水或气体)刺激后，温度经鼓膜、鼓室等影响到水平半规管，内淋巴液热胀冷缩而导致比重改变，造成内淋巴液“热升冷降”的对流现象，嵴帽随之发生偏斜，导致双侧前庭信息传入不对称而发生眼震，同时受试者出现眩晕症状。
年，E.Vitte等最早将冷热双温试验与功能磁共振结合，用12℃冷水刺激健康受试者的左侧外耳道，其结果显示海马呈现激活，推测空间定向障碍和自我旋转感有关。Suzuki等对12名健康受试者分别进行单侧及双侧外耳道灌注的同时进行fMRI扫描，结果发现温度刺激能使皮质和皮质下多个区域发生激活，其中包括岛回、顶内沟、颞上回、海马、扣带回和丘脑。而且岛回、顶内沟、海马回激活区还表现为明显的右侧优势偏向（righthemisphericdominance，RHD）。考虑到水的磁化率伪影等问题，Fasold等则用5～7℃的冷氮气分别对5位健康受试者的双侧外耳道进行灌注的同时进行fMRI扫描，皮质兴奋区域显示为一个具有明显右侧优势偏向的皮质反应网络，该反应网络由颞顶连接传至后岛叶，然后进一步至前岛叶、中央前回和后回、顶叶区域、枕叶的腹外侧区、额下回再传至中央前沟。在fMRI上的表现说明前庭信号的处理过程是一个广泛的、多个区域参与的复杂过程，与以前所作的动物试验和人类其他的功能性成像研究是一致的。此外，该研究表明不管刺激哪一侧，前庭皮质反应区域都表现为强烈的右侧优势偏向，这与最近的观点是一致的——即与空间定位反应有关的皮质反应网络具有右侧不对称性。我国学者王志用0℃冰水进行前庭刺激，同时行fMRI，结果显示双侧的辅助运动区、双侧的中央旁小叶、右侧楔前叶、双侧扣带回、右侧枕上回、右侧缘上回、右侧颞上回及颞下回、右侧舌回及右侧小脑半球呈现激活，由此可以确定参与前庭性旋晕及眼震的脑功能区，而且，绝大多数激活区均位于右侧半球，激活区的偏侧性同前人所做的前庭脑功能实验非常吻合。
二、直流电性前庭刺激（galvanicvestibularstimulation）
Elie等专门设计了一个能产生频率为1Hz的正弦直流电的刺激器，能够在电磁环境中实现直流电刺激而不伤害到受试者，并首次应用于fMRI中。直流电刺激乳突部，使第Ⅷ对颅神经受刺激，并产生姿态不稳即旋转感或倾斜感。
研究表明直流电刺激正常人的双侧乳突区皮肤后，fMRI显示大脑的颞顶连接、中央沟和顶内沟的前下部可发生激活，这些分别对应于恒河猴大脑皮层的PIVC、3aV和2v区域。此外，有学者发现除了以上区域之外，额叶的运动区（premotorarea）也有激活，推测该区对应于动物大脑Brodmann6区的前腹侧部，在灵长类动物试验中已经证实是前庭皮层反应区。但是由于直流电刺激乳突区的同时还会在电极处的皮肤产生中度的疼痛感觉，为了把这种疼痛感觉所致的脑皮质兴奋区与发生前庭性激活的区域区分开来，Bucher等在给予双侧乳突区直流电刺激后，另外再用同样的刺激强度作用于每一个受试者的颈部(相当于C4-C5)皮肤作为对照，结果发现双侧直流电刺激乳突区后，双侧的后脑岛、脑岛中部、颞横回、以及相互分离的丘脑前部和后部都发生激活。根据与对照组进行比较，发现其中的脑岛中部和丘脑前部激活区是由于直流电引发的痛觉所致，由于颞横回是听觉皮质功能区，考虑其激活是由于直流电在激活前庭神经的同时听神经也被激活所致，所以指出直流电刺激乳突部时，在脑岛中部-丘脑的激活区是由三个不同的感觉系统即前庭、听觉和痛觉系统共同作用所致。其中的后脑岛激活区被认为是人类的前庭皮质功能区，与以往研究中猴子的PIVC区和猫的大脑外侧裂前部的前庭区具有同源性。
三、视觉刺激（optokineticstimulation）
视觉刺激多为通过视动刺激的方式来诱发视动眼震，同时行fMRI检查分析视觉、眼动及多感觉前庭皮层的激活-负激活模式。由于视动刺激并不引起明显的眩晕，因此，视动刺激主要被用来研究视眼动反射及视觉-前庭系统之间的相互作用，而非前庭皮层对眩晕信息的处理。年，Dieterich等在10名右利手健康受试者接受水平和垂直小视野视觉刺激的同时fMRI，分析有无固视抑制的视动刺激的差异效应，其结果显示两个半球中相同的多个视觉、眼动和前庭皮质和皮质下区域激活，且每个半球的激活程度与刺激方向无关。并且视觉运动敏感区、皮质眼动区域和丘脑存在明显的右半球优势。Kleinschmidt等通过fMRI也证实，利用有条纹的、沿视轴中心旋转的视盘作为大视野的视觉运动刺激后，会产生自身运动感觉(不产生视动性眼震)，视觉皮质区激活的同时出现了PIVC去激活，由此进一步证实了视觉-前庭系统之间的相互抑制作用，并推测该抑制作用在维持视物稳定性和经由视觉指导躯体移动这一功能上有重要意义。近期，Kikuchi等的一项fMRI研究中也发现如果使用小视野的视动刺激仪产生视动性眼震(但不产生自身运动感觉)时，双侧大脑半球的后脑岛中对应于猴子PIVC区的人类同源区去失活，但同时指出后脑岛区的信号减弱很有可能是眼动而非单纯的视觉运动信号所致，因为如果通过固视抑制该视动性眼震，则在后脑岛区就观查不到与之相关信号改变。
四、强声刺激（strongacousticstimulation）
前庭诱发肌源性电位（Vestibularevokedmyogenicpotentials，VEMPs）主要通过给予短强声刺激球囊，研究耳石器受刺激后的皮层激活模式，相较于其他刺激方式，强声刺激应用于前庭研究的时间较晚。Miyamoto等通过通过给予dB短促音刺激球囊，为排除听觉皮质激活的干扰，通过给予强度为85dB的弱短声刺激(此时不会激活球囊斑)作为对照组，同时行fMRI，结果显示，与对照组相比，强声刺激组顶内沟、前额叶、岛叶、前扣带回、后扣带回、中央后回、辅助运动区等激活，与通过给予前庭冷热刺激的激活的区域相似，表明半规管与球囊的信息由相同的脑皮质区域处理。Schlindwein等对健康受试者的研究也进一步发现，刺激球囊后，前庭皮层的激活呈现双侧激活模式，右侧半球优势。前庭神经投射主要是同侧，而纯粹的声学刺激以相应的对侧为主，主要在左半球。
前庭刺激过程中还能观察到双侧大脑半球其他一些感觉系统如视觉、躯体感觉、听觉的部分功能区的负激活，而由视觉诱发的眩晕过程中的激活-负激活模式则是相反的：当枕叶、顶叶的视区有激活时，多感觉前庭皮质区（如PIVC）会产生负激活，这可能是由于视觉、前庭两种感觉系统皮质间的“交互抑制作用”引起的，这种交互作用在解决不协调的多种感觉输入中起主要作用，它调控转换优势感觉形式。这些发现也证明了多种感官系统间的相互抑制作用是中枢神经系统的基本机制的假说。
五、小结与展望
迄今为止，无论在动物还是在人类，除了视觉、听觉和躯体感觉皮层，尚未发现特定的、单一模式的初级前庭皮层。确切地说，目前所谓的“前庭皮层”，只是指进行外周前庭刺激时，对来自丘脑的前庭信息同时感应的多个皮层区域，是一个广泛分布的多模态脑网络，且与视觉、躯体感觉、本体感觉和运动皮层有一定的重叠。而且，这些所谓的“前庭皮层”的各脑区间的相互作用，以及每个脑区如何整合多感觉传入的具体机制均尚不清楚。
总之,对于人类前庭皮质功能区的认识需要进行更多、更进一步的研究。通过对这些皮质区域的深入研究能更好的解释一些临床症状及疾病的发病机制。急慢性外周、中枢前庭病变患者前庭刺激后脑功能成像研究也已发现多种感觉前庭皮质网络间激活-负激活模式的差异。对于识别涉及前庭、眼动、视觉信息处理的皮质代表区以及这三个系统在皮质水平的相互作用已取得了一定进展，对于了解一些特定的前庭病变是如何通过改变正常皮质的激活-负激活模式来调节视-前庭间的相互作用也有了一定进步，然而对于确定前庭病变潜在神经机制的脑功能成像研究仅刚刚起步。虽然，目前可以将某些特殊的激活-负激活归因于相应的前庭病变功能上的缺损，但对于人类前庭皮质功能区这个复杂的神经网络以及特定前庭病变后代偿过程中发生的变化的认识还需要更进一步的研究，从而为前庭性眩晕患者的病因定位诊断提供一定的参考信息，以指导临床治疗。本文版权归中国中药协会脑病专委会眩晕学组所有，欢迎转发，禁止复制转载！如有转载需求，请联系中国中药协会脑病专委会眩晕学组办公室-。
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