前庭通路的功能影像学研究进展*

张姗姗 蒋 莉 周冀英

（重庆医科大学附属第一医院神经内科，重庆400016)

眩晕是常见症状，在一般人群中患病率可达20%～30%[1]，部分眩晕可反复发作，对病人的生活质量造成极大影响。前庭系统感知并传入头部位置及头动信号，以调节眼动及姿势，并将信号上传至皮层形成垂直觉及对自身运动的感知[2]，同时参与空间记忆和定位定向等高级认知功能[3]。前庭通路的受损可能导致眩晕，故对于前庭信号传递通路的研究将利于眩晕的诊治。此外，对于前庭性偏头痛等发病机制尚未明确的眩晕相关性疾病[4]而言，以眩晕作为切入点来认识疾病是重要的研究方法。因此，明确前庭信息传导通路对于进一步探究眩晕相关疾病的病灶定位和发病机制具有重要意义。既往基于病灶法的研究使得人们对于前庭通路的认识有限，功能影像学尤其是功能磁共振 (functional magnetic resonance imaging,fMRI) 及正电子发射断层扫描 (position emission computed tomography,PET）的应用给前庭通路的研究带来了一大突破。此前曾有文章对前庭皮层的fMRI研究成果做过综述[5]，而目前国内外尚无对于整个前庭通路功能影像学研究进展的总结，本文首次通过对前庭皮层定位、前庭信息处理优势侧、前庭通路走行及基于病灶的前庭通路信号改变等方面的功能影像学研究进行综述，以增加对前庭信号传递通路的认识，为进一步探究眩晕相关疾病的发病机制奠定基础。

一、前庭皮层的定位

在前庭信息的处理过程中，前庭皮层在运动的感知、身体的空间定位、眼动和姿势控制方面起着不可替代的作用。研究者曾采用不同的功能影像学方法如PET[6]、fMRI[7]等，通过球囊短纯音刺激[8,9]、电刺激[10,11]、冷热水刺激[12～14]等前庭刺激方法，发现主要激活区域为由多重感觉皮层所构成的皮层网络，称为“前庭皮层”。这一网络主要包括双侧的后脑岛、岛叶后区、颞上回、部分顶下小叶、顶内沟、中央前回、中央后回、前脑岛和邻近的额下回、前扣带回、楔前叶、海马[12,13]。其中顶颞皮层（主要由躯体感觉区SII 和后脑岛组成）与动物的顶-岛前庭皮层 (parieto-insular vestibular cortex,PIVC)相似，被认为是前庭皮层的“核心区”，即此区域内超过50%的神经元可直接对前庭刺激产生初级反应。Roberts等[7]的研究也发现，当前庭及视觉传入信号不一致时，后脑岛在整合前庭及视觉信息、维持平衡觉方面起到了极为重要的作用。在前庭受到刺激时，除上述激活的皮层区域外，在视觉和躯体感觉皮层还存在负激活的区域，即存在不同感觉间的交互抑制，有利于调节感觉信号处理的重心，解决不同感觉传入信号间的矛盾[15]。

有研究发现，前庭刺激所诱发的眼震及眩晕的达峰时间较前庭刺激时间有一定延迟[13]，而前庭刺激后脑干与皮层激活时间亦不完全匹配[14]，提示在前庭信息处理过程中，前庭通路中不同部位的活化时程可能不同，这就意味着在前庭刺激后的不同时刻进行扫描，可能呈现不同的皮层激活模式，这给扫描时间点的选择和结果的解释带来了困难。Klingner等[16]在双温刺激后右利手健康受试者进行了连续的头颅血氧水平依赖功能磁共振成像(blood-oxygenation-level dependent functional Magnetic Resonance Imaging,BOLD-fMRI)序列扫描，观察不同时间点扫描结果的差别。结果显示皮层对于前庭刺激的应答包括多个独立的成分，它们的时程变化各不相同。前庭刺激后，最早出现刺激同侧后脑岛、小脑的激活，持续较短时间后很快消退，可能与前庭信息的初级处理有关；脑岛、脑岛后区、颞上回皮层、后顶叶及额叶的激活出现迟、消退慢，有明显右侧（受试者的非优势半球）优势，可能与眼动等前庭相关信息处理有关；而默认网络（特别是楔前叶）、视觉皮层、感觉运动皮层存在负激活，可能与感觉皮层间的交互抑制有关。

二、前庭信息处理的偏侧性

基于病灶法的研究发现，前庭皮层的激活模式在两侧大脑半球并非对称，即前庭信息的处理存在相对优势侧。Fasold等[13]对受试者予以水平半规管刺激后行fMRI扫描，发现右利手者右侧（非优势半球侧）前庭皮层激活明显。Dieterich等[12]同时纳入左、右利手者，予以水平半规管刺激后行PET扫描，发现双侧大脑半球皆有血流明显增加的区域，皮层激活区域包括额上回、中央前回、顶下小叶、缘上回、颞顶叶、前脑岛、额下回、前扣带回；皮层下激活区域包括壳核、丘脑和中脑。在单侧刺激时，上述区域的激活是双侧的，被刺激侧更为明显，说明水平半规管信号大部分传递到同侧。而将历次前庭刺激所产生的皮层信号合并分析后发现，前庭信号的优势侧在受试者的非优势半球。因而表明前庭刺激时皮层及皮层下结构激活的优势侧取决于前庭刺激侧及受试者的非优势半球，即当刺激侧为非优势半球侧时，可以出现最大的激活信号。

前庭系统传入信号除半规管信号外还包括耳石球囊信号。刺激耳石球囊所见功能影像学改变与刺激水平半规管所得结论有所不同。Miyamoto等[8,17]及Schlindwein等[9]先后通过fMRI研究发现前庭诱发肌源性电位(vestibular evoked myogenic potentials,VEMPs) 刺激球囊所产生的耳石球囊信号同样可以引起额顶颞皮层的激活，其信号传递的优势侧亦位于受试者的非优势半球，这与水平半规管信号引发的皮层激活情况相一致。Janzen等[18]通过VEMPs 作为球囊耳石刺激，以声音刺激和白噪声刺激作为对照，对受试者行fMRI扫描，发现在扣除声音刺激的干扰效应后，仍存在顶颞皮层的激活，该区域主要包括双侧后脑岛、颞上/中/横回、顶下小叶，其下半部分表现为刺激同侧优势，提示球囊耳石刺激主要上传到同侧顶颞皮层的下半部分，而上半部分的激活存在非优势半球侧优势。

三、前庭通路的走行

既往关于前庭通路走行的研究通常采用病灶法、示踪法或电生理方法，多为针对局部前庭通路进行结构或功能分析。由于方法学的限制，仅能大致了解前庭通路中的重要节点，无法提示节点的确切位置和不同节点之间的交叉联络方式。

2016年Kirsch等[19]利用MRI将结构分析与功能连接方法结合，在静息态情况下分别通过磁共振弥散张量成像 (diffusion tensor imaging,DTI) 方法（即兴趣区-兴趣区方法，所选定兴趣区包括脑干、丘脑、顶岛前庭皮层）及磁共振功能连接 (functional connectivity magnetic resonance imaging,fc-MRI) 方法（即兴趣区-体素方法，所选定兴趣区为双侧前庭神经核）进行了分析。Kirsch等得到了5条结构与功能上相一致的前庭信号上行通路（见图1）。第一到三条通路自前庭神经核上行至同侧前庭皮层，其中2条分别通过后外侧丘脑或旁中央丘脑达到顶岛前庭皮层，有1条通路则绕过了丘脑直接到达脑岛下部；第四、五条通路在脑桥和中脑交叉到对侧，经后外侧丘脑上行到达对侧前庭皮层。除了这五条之外，另有1条通路经胼胝体压部连接两侧顶岛前庭皮层，双侧前庭神经核之间亦存在功能连接。故前庭通路在前庭神经核、脑桥（前庭神经核以上的部位）、中脑（Cajal间质核水平）、皮层水平（经胼胝体）共有4次交叉，被形象化地称为“前庭绳梯”。虽然双侧前庭通路有多处交叉，大部分信号仍为同侧上传，在桥脑水平仅有少部分信号交叉至对侧。这也与前述单次前庭刺激时同侧大脑半球激活明显的结论相一致。

图1 前庭通路的走行

四、病灶基础上的前庭系统功能影像学研究

在予以前庭刺激时，前庭结构病灶的受试者大脑产生的激活及负激活模式与正常受试者有所不同，因而在前庭病灶基础上的功能影像学研究更有利于深入了解前庭信号的传递特点。

Dieterich等[15]总结了健康受试者和有前庭病灶者在刺激后通过PET或fMRI所见前庭皮层激活模式的不同，发现在前庭神经炎急性期，病人大脑皮层出现自发的视觉-前庭之间的激活-负激活模式，与健康受试者经单侧前庭刺激后所出现的视觉前庭皮层交互抑制相类似。而有双侧前庭病灶者在受到刺激后，大脑皮层所呈现的激活-负激活模式明显减弱。对于一侧前庭神经核病变（如Wallenberg综合征）者，刺激患侧水平半规管时，对侧皮层激活显著下降，而同侧皮层激活无明显变化，提示可能恰好损伤了双侧前庭神经核之间的传递通路，而未损伤该侧前庭神经核及同侧上传纤维，因而证实了双侧前庭通路在前庭神经核水平存在交叉联系。

2016年[6]有研究者对单侧前庭中脑梗死病人分别在急性期及恢复期进行PET扫描，发现病人双侧丘脑存在持续性的信号降低，提示双侧丘脑之间不存在纤维交叉及前庭信号整合，因而丘脑是“前庭梯绳”中唯一一个没有直接通过横贯纤维进行双侧交叉联络的节点；同时也证实了单侧丘脑可接受双侧中脑整合中心的前庭信号传入，是前庭信息传递的重要门户。

有研究者[20]对急性单侧后外侧丘脑梗死或出血的病人行温度刺激下的PET，发现：①无论刺激健侧或患侧，患侧皮层激活皆明显降低，健侧的皮层激活也有降低；②无论病灶在病人的优势半球或非优势半球，前庭信号的非优势半球优势始终保存；③病人前庭和视觉的交互抑制较正常人有所减弱；④患侧下脑岛在任一侧前庭刺激时都会有激活；⑤双侧都有从前庭神经核发出、绕过后外侧丘脑直接到达脑岛下部的上行前庭信号的投射，而且在非优势半球更强。该研究不仅证实了前庭信号主要经同侧上传、具有非优势半球侧优势，也巩固了后外侧丘脑作为前庭通路的中继站在前庭信号传递中的地位，进一步证实了部分前庭信号可不经行后外侧丘脑，直接投射至脑岛下部。

综上所述，功能影像学技术的进步使得对前庭皮层及通路的研究取得了极大进展。通过对前庭通路的功能影像学研究进展进行综述，我们得到以下结论：前庭皮层是以顶颞皮层为中心的皮层网络；前庭皮层存在明显“非优势半球”优势；双侧前庭通路在前庭神经核、脑桥、中脑、胼胝体膝部均存在交叉联系，但前庭信号的上传以同侧为主。但对于前庭系统这一复杂的神经网络及对前庭—视觉—眼动等系统间的交互作用、前庭功能代偿等还需要进一步研究，从而为探究眩晕相关疾病的病灶定位、发病机制等奠定基础。