口腔吞咽任務中大腦皮層交互變化的神經機制研究:基于咀嚼與舌后縮運動的fMRI動態因果模型分析

《Brain Research Bulletin》:Investigation of changes in the interaction of cerebral cortex during the oral swallowing task

【字體: 時間:2025年05月22日 來源:Brain Research Bulletin 3.5

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  本研究針對腦卒中后常見的口腔期吞咽障礙問題,通過功能磁共振成像(fMRI)技術模擬咀嚼(Empty Chewing)和舌后縮(Tongue-to-Palate posterior Retraction)任務,采用動態因果模型(DCM)和參數經驗貝葉斯(PEB)方法,揭示了初級運動皮層(M1)與初級感覺皮層(S1)、輔助運動區(SMA)在不同任務中的差異化連接模式。研究發現M1是咀嚼任務的主要驅動輸入區,而S1在舌后縮任務中發揮核心調控作用,且對SMA產生抑制效應,為理解口腔期吞咽的神經調控機制提供了新視角。

  

吞咽是人類最復雜的軀體運動之一,涉及30多塊肌肉的精確協調。當這塊"精密的瑞士鐘表"出現故障時——比如腦卒中后約50%患者會出現口腔期吞咽障礙,食物可能誤入氣管引發肺炎,甚至危及生命。盡管已知大腦皮層在吞咽調控中起關鍵作用,但不同口腔階段(如咀嚼食物和推送食團)的神經環路如何動態重組,始終是神經科學領域的未解之謎。福建中醫藥大學的研究團隊在《Brain Research Bulletin》發表的研究,就像給大腦吞咽控制網絡裝上了"高清攝像頭",首次捕捉到M1-S1-SMA神經網絡在咀嚼與舌運動中的實時對話場景。

研究采用3.0T fMRI采集25名健康成人執行空咀嚼和舌后縮任務時的腦活動數據,通過動態因果模型(DCM)構建12種神經連接假設,結合參數經驗貝葉斯(PEB)分析篩選最優模型。關鍵創新在于區分了兩種口腔任務的特異性神經機制:空咀嚼時M1作為"指揮中心"通過正向連接驅動S1和SMA;而舌后縮時S1變身為"信息樞紐",其向SMA發送的抑制信號可能是避免咽期吞咽干擾的"神經剎車"。

3.1 全腦GLM分析與ROI選擇
任務態fMRI顯示左半球M1、S1和SMA在兩種任務中均顯著激活,但空間模式不同?站捉乐饕せ钪醒肭昂蠡,舌后縮額外募集前扣帶回和小腦。研究者以M1[-53,5,25]、S1[-59,-10,28]、SMA[-5,-4,49]為種子點構建8mm半徑ROI。

3.2 貝葉斯模型選擇
模型比較揭示:空咀嚼最優模型(模型VI)以M1為輸入節點,含M1?S1、M1?SMA雙向連接及S1→SMA單向連接;舌后縮最優模型(模型X)則轉為S1輸入,形成S1-M1-SMA全互連網絡。

3.3 DCM-PEB有效連接分析
空咀嚼任務中,M1→S1(0.41Hz)和M1→SMA(0.26Hz)呈現強興奮性連接,S1→SMA(0.18Hz)同樣為正向調控。舌后縮任務出現戲劇性轉變:S1→SMA(-0.19Hz)轉為抑制性連接,同時M1→SMA(0.56Hz)連接增強。所有連接后驗概率>95%。

這項研究首次繪制出口腔期吞咽的"神經分工地圖":M1如同咀嚼運動的"發動機",而S1在舌運動時扮演"智能傳感器"角色,其抑制SMA的發現為解釋吞咽階段轉換提供了新機制。臨床啟示深遠——針對左半球卒中患者,或可通過增強M1-S1連接改善咀嚼功能,而調節S1-SMA抑制可能優化舌運動控制。研究也存在局限:樣本年齡偏年輕,未來可擴展至老年群體;未使用真實食物可能弱化感覺反饋。這些發現為開發靶向神經調控的吞咽康復策略奠定了理論基礎,好比為臨床醫生提供了調節吞咽神經網絡的"精準遙控器"。

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