小脑的认知功能研究进展

突变带给我们一些启示,MR 病人神经系统的异常可能是大脑发育期轴突生长、树突棘构建的缺陷造成的,也可能是后天突触功能的缺陷造成。使我们更好地认识MR 病人认知功能障碍的细胞和生化机制,为药物介入提高认知能力创造了条件,如一些药物能促进轴突正常的生长、正常的树突棘形态和数量以及突触连接的功能,用来改善MR 儿童的智力水平。也有可能对胎儿进行早期遗传学检查预防MR 的发生。对MR 相关基因功能进行研究的过程中,每种突变仅在MR 患者中的一小部分被发现,这些突变很罕见,所以从受累的患者中所获得的知识是有限的。然而,在动物模型中进行的更详细的神经解剖学和神经电生理学研究为我们提供了一个重要途径去理解MR 发病机制。肌动蛋白细胞骨架及其相关的信号网络仅代表了突触数量及其功能的部分机制,神经元形态、突触结构和功能与人类认知行为具有密切关系。相信在不远的未来,对更多的MR 基因的深入研究将为我们提供更多线索去认识人类认知的生物学基础。

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(收稿:2007-06-19)

小脑的认知功能研究进展

纪　蒙　胡文立

　　作者单位:100020　首都医科大学附属北京朝阳医院

　　古希腊人通过解剖发现小脑,称之“小脑”

(little brain ),亚里士多德在他的论著中就有提及,Luigi Rolando (1809)对动物行小脑切除术,发现祛除小脑的动物表现为姿势、动作不能控制。Marie -Jean -Pierre Fl ourens (1824)继续对祛除小脑的动物进行研

究指出,缺失小脑运动功能并不丧失,而是动作不再正常和协调。Joseph Fran ois Babinski 等通过对小脑损伤病人的临床观察,详细描述了小脑损伤病人所表

现出的肢体运动、姿势、步态、语言的失调[1]

。此后人们对小脑的研究兴趣一直都集中在控制运动功能研究方面,认为小脑仅仅负责调节肌张力、保持身体

平衡和协调精细运动。但目前的临床报告,生理学和行为调查显示:明显的运动障碍仅仅只是小脑疾病的一个很小的方面。近30年来,大量实验事实使得越来越多的研究者相信小脑参与广泛认知功能,包括感知觉、学习、注意、语言、情绪控制等,并提出了可能的神经机制。f M R I 是近年来影像学的一大进展,它使人们能在有生命的人体上进行解剖与认知及行为关系的研究,使人们对脑的功能重新定位,也为小脑参与认知功能提供了有力证据。

一、小脑的神经解剖学基础

1.齿状核:齿状核位于小脑外侧皮质下,此核分

为新旧两部分,位于背侧部的为旧齿状核,位于腹侧部的为新齿状核。新齿状核的发育与大脑前额区

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81・　・医学前沿・

J Med Res,July 2008,Vol .37No .7　　

21与额叶的联系:以往认为,小脑投射到额叶的纤维主要到运动区,即B r od man第4区及第6区,但目前认为,小脑也有纤维投射到额叶的前部,即前额区的上部8区及下部B r oca语言区第44区和45区。以前认为8区参与眼球运动功能,但目前发现,当被检查者听动词时,此部位也有活动,此部位被切除时,可出现智能障碍。以前认为B r oca区参与运动功能,因为讲话时此部位有反应,但现在发现不发出声音时,此部位也有反应,并且B r oca区及其邻近区域也参与找词的过程。以上研究均说明了小脑齿状核投射的8区及B r oca区不仅参与了运动功能也参与了语言及认知功能。

31大脑皮质-脑干红核-小脑环路:大脑皮质也有大量纤维投射到小脑,从B r oca区及大脑皮质其他部位的神经纤维可到达脑干的红核,红核发出纤维到达脑干的下橄榄核,该核再发出纤维到达新齿状核,齿状核发出纤维到达红核,在脑干中形成一个神经环路,其中红核接受大脑皮质语言区的纤维,使这个环路不仅参与语言的认知功能也参与语言的运动功能表达,即此环路与语言学习有关。大脑皮质也发出大量纤维通过脑桥到达小脑皮质,这些纤维在小脑皮质有一定的局部定位关系。如与大脑感觉区相联系的小脑皮质参与了感觉功能,与边缘叶相联系的小脑皮质参与了情绪及自主神经功能,与额叶皮质相联系的小脑外侧部皮质参与了认知及语言功能[4]。

二、临床研究

11小脑与认知:很早以前,就有很多小脑病变表现智能及行为异常的报道,但并没有引起人们的重视,如尸检发现小脑发育不全的患者,临床常被描述为“愚笨”及“低智商”等。近年来,随着神经影像学技术的进展,许多作者对小脑变性的患者进行了研究,这些病例均经临床症状、体征及CT和MR I排除大脑的病变,如Botez等[5]对30余例OPCA及Friedrech共济失调患者进行了全面的神经心理学测验,发现存在视空间障碍、计划能力差及反应时间延长。Tach ibana等[6]对8例小脑变性患者行神经电生理检查发现,事件相关电位N2及P3潜伏期延长。小脑变性的患者也可出现下列改变:运动学习、认知计划及记忆障碍等[7～9]。为了更好地说明小脑与认知的关系,许多学者研究了局限于小脑的病变,如小脑梗死、小脑出血及小脑肿瘤切除等。Akshoo moff 等[10]对5例小脑外侧部肿瘤切除的患者进行了转移注意力及集中注意力两项测验,发现其转移注意力减退,说明小脑可能参与了注意的认知过程。Fiez 等对1例患右侧小脑梗死的律师进行了神经心理学测验,经过一般的测验其语言功能似乎无太大的改变,但详细的测验如动词产生测验,患者则不能很好完成,不能正常地学习动词,也不能发现及改正自己的动词错误。

随着正电子发射断层扫描(PET)及单光子断层扫描(SPECT)在临床上的应用,对脑功能的研究也日益深入。让正常人进行认知活动,如说出一个名词,让其连结相应的动词时,PET将显示小脑下外侧部明显的反应,即糖代谢的增加,让正常人进行默念数字或进行运动想象,运动想象时不伴有任何感觉刺激及运动,是一个纯认知过程,SPECT显示小脑外侧部反应明显,即血流量的增加。最近的一项动词产生的F MR I研究发现小脑在动词产生过程中激活,动词联想有右侧小脑激活,读出动词则双侧小脑均有激活。一项最新的电生理研究(T MS经颅单脉冲核刺激)选择正常志愿者,分为3组,分别为小脑蚓部T MS、枕骨T MS及佯装T MS,结果发现只有第1组出现明显θ波活动,认为此表现与小脑认知相关。

2.小脑与自主功能和情感障碍:许多生理学实验提示小脑与自主功能有关,包括呼吸、心率、血压以及醒觉周期。Schmaha mann和Sher man提出“小脑认知情感综合征”的概念,他们描述了所观察的小脑损伤的病人表现出的病态的冲动趋势,或者情感释放表现如儿童样行为,小脑损伤病人的植物功能和情感障碍考虑与下背侧丘脑-小脑-下背侧丘脑环路以及小脑-丘脑-小脑环路有关。

31小脑与语言:人们对小脑在语言中的作用曾经长期认为仅是参与在表达过程中运动的协调。Bower等人认为,小脑的感觉联系功能可能是包括语言功能在内的各种小脑的功能的基础,并进一步提

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　　医学研究杂志　2008年7月　第37卷　第7期・医学前沿・　

出,小脑可协调其他脑结构所处理的感觉信息。Gold 和Buckner 在一项研究中指出,小脑后部一个区域的在语义判断任务中激活。而且这一激活模式与左侧额下回的模式是相同的。因此他们推断小脑配合额下回完成控制语义提取的过程。一项以一个语义辨别任务来考察小脑活动的实验结果表明,右侧小脑在语义辨别任务中激活,并且激活体积和强度在不同任务难度间存在显著差异,而且这一差异与相应任务的反应时结果是相关的,也就是说反应时越长激活越强。这充分说明小脑在这一语言任务中的作用与运动无关。另一个发现是小脑与对侧前额叶的一个区域具有共变关系,这两个区域的激活强度共同受到任务难度的调节。有研究发现,随对语言流利程度的要求的提高,小脑激活面积也相应增加。

41小脑与学习:学者们早就注意到了小脑可能与学习过程有关,研究显示小脑活动在运动学习前后有明显变化。HANNEKE I 等在一项动作学习任务实验中,分别对成人和儿童进行了PET 及F MR I 检查,证实了动作学习过程中小脑的激活,并发现激活面积的减小与动作错误的减少高度相关,且激活变化的区域位于左侧小脑半球,还发现右侧小脑半球和前蚓部的激活与受试者能力和完成速度相关。动词产生任务在临床小脑病人测查和神经功能成像等领域被广泛使用。Raichle 等人把这一任务用于考察学习过程。该研究要求被试对动词产生任务进行反复练习,并进行PET 扫描。结果观察到随着练习被试的反应时显著降低,同时左侧前额叶和右侧小脑等表现出激活明显减弱的趋势。最后当采用一组新的刺激材料时,脑内的反应又返回原先的状态。这些结果表明,学习使脑内的活动模式发了转变。

近来的一项研究对被试进行了长达41天的手指序列运动训练,学习前后各进行了f M R I 的扫描。研究结果表明,双侧小脑均有激活,在控制了运动频率的情况下,训练序列和对照序列的激活体积在学习后显著减小。最近我国一项f M R I 研究动态地考察了动词产生任务反复练习的情况,最后用新词再做1遍,用默声复述作为控制任务,在整个实验中要求被试者不要有嘴部的运动,以按键记录反应。实验结果显示被试者通过练习反应时不断缩短,到最后一次练习与第1次有了显著差异,对新词的反应时又恢复到最初水平。在这一过程中小脑的两个区域和额叶的多个区域激活,并随着练习激活体积和强度逐渐降低。在这一研究中进一步得到了佐证,无论从激活体积还是

强度上,随着练习小脑都表现出激活的减弱。这种减弱是与左侧额叶各脑区同时进行的。说明小脑与额

叶构成了一个共同的系统,小脑对额叶功能起支持作用。

小脑参与的众多运动和认知任务是通过与不同大脑皮质合作来完成的;而小脑在辅助运动和认知功能时也存在不同特点,即在复杂序列运动中,双侧小脑激活位于前上部,而对于需要精细调节的认知任务,激活仅出现在右后半球。对小脑功能的认识历程。从中可以看到这样一些发展方向:从把小脑定位于具体的通道特异性功能,到认为它为其他特异性的系统提供了通用的支持功能;从静态地考察小脑的功能是什么,到动态地探索小脑的功能是怎样进行;从孤立地看待小脑功能,到把小脑置于整个大脑小脑环路的功能联系的观点。对于前两种趋势,目前从理论到实证都有一定程度的研究,而对小脑与大脑功能联结的研究还在初步阶段,但这正是今后小脑研究领域的新的发展方向。采用新的成像手段和数据分析方法研究脑区间的关系已经成为磁共振成像领域的新热点。

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