霍然，曹勇
首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科，北京100050
摘 要 神經(jīng)外科的手術(shù)模式是隨著人類對腦結(jié)構(gòu)和腦功能認(rèn)識的深入、對腦保護(hù)要求的不斷提高而進(jìn)步發(fā)展的。目前，對腦功能的認(rèn)識已從大腦神經(jīng)功能延伸到認(rèn)知功能，對認(rèn)知功能的保護(hù)成為未來微創(chuàng)神經(jīng)外科腦功能保護(hù)的新要求。以術(shù)中神經(jīng)導(dǎo)航為連接手段，結(jié)合已知的腦認(rèn)知功能定位，保護(hù)已知的腦認(rèn)知功能，驗證和探索未知的腦認(rèn)知功能是未來神經(jīng)外科腦功能保護(hù)的重要方向。
關(guān)鍵詞 微創(chuàng)神經(jīng)外科學(xué)；認(rèn)知功能；腦功能保護(hù)；神經(jīng)導(dǎo)航
神經(jīng)外科歷經(jīng)百余年，大致可分為經(jīng)典神經(jīng)外科時期、顯微神經(jīng)外科時期和微創(chuàng)神經(jīng)外科時期3個階段。神經(jīng)外科手術(shù)模式的發(fā)展恰恰伴隨了人們對腦結(jié)構(gòu)和腦功能認(rèn)識的不斷深入和對腦保護(hù)要求的不斷提高[1]。在神經(jīng)外科發(fā)展初期，神經(jīng)外科手術(shù)的死亡率高達(dá)70%~80%，腦功能的保護(hù)也無從談起。在經(jīng)典神經(jīng)外科階段，手術(shù)的重點局限于切除病灶、保護(hù)神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代電子計算機斷層掃描（CT）、核磁共振成像（MRI）等神經(jīng)影像技術(shù)的出現(xiàn)，顯微解剖學(xué)與顯微手術(shù)相結(jié)合，在顯微神經(jīng)外科階段，人們則關(guān)注于腦神經(jīng)功能的保護(hù)[1]。
1 腦神經(jīng)功能定位及神經(jīng)功能保護(hù)
腦神經(jīng)功能及其在大腦皮層中的定位研究由來已久。有記載的首次報道是19世紀(jì)中葉，法國醫(yī)生Broca收治了2例失語患者[2]?；颊卟」屎?，尸體解剖結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2名患者的左側(cè)額下回后部出現(xiàn)了不同程度的損傷。Broca因此推斷左側(cè)額下回后部可能存在調(diào)控語言活動相關(guān)的區(qū)域。隨后，又有學(xué)者通過實驗，發(fā)現(xiàn)刺激動物一側(cè)的大腦皮層可以產(chǎn)生對側(cè)肢體的運動，初步確定了運動功能區(qū)在大腦皮層中的定位。在20世紀(jì)中葉，由于消毒技術(shù)的發(fā)展，手術(shù)中可以對大腦相關(guān)區(qū)域進(jìn)行長時間的暴露，加拿大醫(yī)生Penfield等通過術(shù)中皮層電刺激方法獲得大腦皮層功能區(qū)分布圖，至今仍被人們沿用[3]。
腦功能區(qū)的定位加深了人們對腦神經(jīng)功能的認(rèn)識，促進(jìn)了神經(jīng)外科的術(shù)中腦神經(jīng)功能保護(hù)。目前，已可以基于不同目的，借助多種技術(shù)手段對腦功能區(qū)進(jìn)行定位，從而進(jìn)行手術(shù)功能保護(hù)。人們可以運用正電子發(fā)射計算機斷層顯像（PET）技術(shù)對癲癇發(fā)作病灶進(jìn)行識別；利用功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)對運動、感覺及語言、視覺區(qū)進(jìn)行無創(chuàng)定位；采用彌散張量成像（DTI）技術(shù)進(jìn)行神經(jīng)纖維的定位；使用皮層電刺激法進(jìn)行術(shù)中運動、感覺及語言區(qū)的監(jiān)測等[4]。其中，直接皮層電刺激與功能磁共振成像已經(jīng)成為當(dāng)下神經(jīng)外科手術(shù)皮層功能區(qū)定位和腦功能保護(hù)最為重要的2種方法。
2 直接皮層電刺激
Penfield于20世紀(jì)50年代通過術(shù)中皮層電刺激法得出的大腦皮層功能分布（圖1[5]）至今仍被看作皮層功能定位的“金標(biāo)準(zhǔn)”。直接皮層電刺激可暫時性興奮或抑制相應(yīng)的大腦皮層特定神經(jīng)功能，從而達(dá)到腦功能定位和保護(hù)的目的。腦腫瘤手術(shù)治療的目的是最大程度地切除腫瘤，并且最大程度地保護(hù)重要腦功能區(qū)，提高患者術(shù)后的生活質(zhì)量。臨近或累及重要腦功能區(qū)的腦腫瘤，腦功能區(qū)會或多或少的出現(xiàn)移位，同時，由于個體差異，利用常規(guī)影像學(xué)上的解剖學(xué)標(biāo)志來定位腦功能區(qū)存在誤差。術(shù)中喚醒直接皮層電刺激可直接定位腦功能區(qū)的位置，標(biāo)記重要腦功能區(qū)和非重要區(qū)域。Sanai等[6]對250例腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行皮層電刺激，在術(shù)中定位和保護(hù)了大腦皮層語言區(qū)。近期研究更是肯定了皮層電刺激在腦功能定位與神經(jīng)保護(hù)中的應(yīng)用價值。Kuchcin?ski等[7]對40例膠質(zhì)瘤患者采用皮層電刺激法對功能區(qū)進(jìn)行定位與術(shù)中監(jiān)測，并與fMRI技術(shù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)皮層電刺激可準(zhǔn)確定位相關(guān)功能區(qū)，術(shù)后病人未出現(xiàn)失語等癥狀且定位精確度明顯優(yōu)于fMRI技術(shù)。Gao等[8]探討了皮層電刺激在膠質(zhì)瘤手術(shù)中進(jìn)行雙語功能區(qū)定位與保護(hù)的方法，他們在術(shù)中對于2個不同語言功能區(qū)分別進(jìn)行測試和定位，從而進(jìn)行多語種語言功能的保護(hù)。
雖然皮層電刺激法一直被視作腦功能定位的“金標(biāo)準(zhǔn)”廣泛應(yīng)用于臨床。但是皮層電刺激法仍然具有局限性與不足之處：應(yīng)用該方法進(jìn)行腦功能區(qū)定位需要進(jìn)行開顱手術(shù)；清醒開顱或術(shù)中喚醒要求手術(shù)參與者尤其是麻醉師受過嚴(yán)格的訓(xùn)練，對于相關(guān)技術(shù)人員的高要求可能降低該方法在不同級別醫(yī)院的適用性；該方法監(jiān)測區(qū)域較為局限，只能對手術(shù)暴露區(qū)域進(jìn)行刺激；在手術(shù)過程中，測試受到患者意識狀態(tài)、配合程度等因素的限制，在術(shù)中患者可能會做出一些無意識的動作，可能會發(fā)生嗆咳、軀干與肢體無意識亂動等情況；皮層電刺激法還有可能導(dǎo)致術(shù)中癲癇發(fā)作。
3 功能磁共振成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀
fMRI技術(shù)將神經(jīng)活動和高分辨率磁共振成像技術(shù)結(jié)合到一起，成為一種非侵襲性、精確度高、適用性廣泛的用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)高級功能的研究手段。這項技術(shù)安全無創(chuàng)、可重復(fù)性強、定位大腦皮層運動功能區(qū)可靠性較高，這些優(yōu)點使得其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科的術(shù)前評估及術(shù)中導(dǎo)航。焦玉明等[9]分析了201例術(shù)前行fMRI檢查的腦動靜脈畸形患者的資料，所有患者在導(dǎo)航輔助下進(jìn)行動靜脈畸形切除術(shù)（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)fMRI對于術(shù)前評估、術(shù)中定位功能區(qū)具有重要的作用。該研究總結(jié)出了一套應(yīng)用術(shù)前功能核磁輔助進(jìn)行動靜脈畸形手術(shù)預(yù)后評估的補充分級系統(tǒng)用以指導(dǎo)手術(shù)患者的選擇。
然而，功能磁共振成像對于腦功能區(qū)定位的可靠性存在爭議，對復(fù)雜腦功能區(qū)的定位仍不能達(dá)到皮層電刺激法所達(dá)到的精確度。Giussani等[10]分析了9例運用功能磁共振成像對大腦皮層語言功能區(qū)進(jìn)行定位的相關(guān)研究，認(rèn)為這些研究結(jié)果不足以說明fMRI可以替代皮層電刺激成為語言功能區(qū)定位的首選方法。Witte等[11]分析了大量關(guān)于神經(jīng)外科手術(shù)術(shù)中功能區(qū)定位的相關(guān)研究。以皮層電刺激結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，功能磁共振成像對感覺、視覺和運動功能區(qū)定位的靈敏度為82％~100％，對于大腦皮層語言功能區(qū)定位的靈敏度僅為66％。Eklund等[12]的研究也指出，如果統(tǒng)計學(xué)檢驗方法中閾值使用不當(dāng)或統(tǒng)計方法存在問題，運用fMRI進(jìn)行功能定位會存在70%的假陽性結(jié)果。
4 腦認(rèn)知功能及定位的研究進(jìn)展
隨著人們對于腦功能的認(rèn)識不斷加深，關(guān)于認(rèn)知功能的基礎(chǔ)研究也不斷跟進(jìn)，這也為神經(jīng)外科手術(shù)中對于腦認(rèn)知功能保護(hù)提供了理論基礎(chǔ)。認(rèn)知是指人們感知事物并認(rèn)識及理解它們的過程，涉及語言、記憶、視覺、思維、學(xué)習(xí)等一系列的活動。早期研究認(rèn)為，人類大腦的認(rèn)知功能與大腦皮層存在著結(jié)構(gòu)上的對應(yīng)關(guān)系，之后的研究又發(fā)現(xiàn)認(rèn)知功能與大腦皮層之間的定位關(guān)系遠(yuǎn)比之前想象的復(fù)雜。早期的生理學(xué)研究就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類大腦中海馬區(qū)可能與記憶相關(guān)，邊緣系統(tǒng)可能與情緒活動相關(guān)，而意識和覺醒與腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。隨著功能磁共振成像等新技術(shù)的出現(xiàn)，對于認(rèn)知功能在大腦皮層的功能定位又有了新的發(fā)現(xiàn)。
不同皮層區(qū)域?qū)τ谡J(rèn)知功能有不同的影響，其中關(guān)于前額葉在認(rèn)知過程中所起作用的研究較多。早期學(xué)者使用功能磁共振成像優(yōu)先識別參與工作記憶并維持其完整的大腦皮層功能區(qū)，發(fā)現(xiàn)了額葉前部對于處理整合口頭信息并維持工作記憶可能起到?jīng)Q定性作用。研究也發(fā)現(xiàn)扣帶回與前額葉共同對于認(rèn)知功能起到關(guān)鍵作用。Raichle等[13]應(yīng)用靜息態(tài)功能磁共振進(jìn)行了研究，將測試對象分為3組，前兩組作為對照，均處于平靜休息、睜眼的狀態(tài)。第3組作為實驗組，受試對象平靜休息、睜眼，但被動地觀看顯示器中的無意義圖像。實驗結(jié)果顯示扣帶回后部皮質(zhì)、前額葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)在實驗組可以顯示功能變化，由此推斷相關(guān)區(qū)域可能與人在平靜狀態(tài)下對于外界環(huán)境的感知與思維處理有關(guān)。也有人認(rèn)為前額葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)介導(dǎo)決策，或者前額葉部分區(qū)域選擇性參與遠(yuǎn)程長期記憶的檢索。Etkin等[14]在研究中指出，前額葉與扣帶回尾部可能存在1個區(qū)域參與對外界環(huán)境的評價和消極情緒的表達(dá)，而前額葉與扣帶回腹側(cè)的部分有可能對邊緣區(qū)產(chǎn)生的情緒反應(yīng)起到調(diào)節(jié)作用。Euston等[15]稱前額葉皮層的在認(rèn)知過程中的作用可能是學(xué)習(xí)地點、事件及相應(yīng)的適應(yīng)性反應(yīng)，特別是情緒反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，因此可以調(diào)節(jié)人在特定環(huán)境下采取最合適的行動。Wilson等[16]也提出了相似的觀點，他們認(rèn)為眶額皮層（OFC）區(qū)域在決策中起到的作用在于給大腦當(dāng)下所收集到的信息1個“標(biāo)簽”，以利于信息在大腦皮層的其他區(qū)域進(jìn)一步加強學(xué)習(xí)和鞏固。此外，事件相關(guān)腦電位（ERP）與功能磁共振融合成像等技術(shù)的應(yīng)用將會使得對于腦認(rèn)知功能的定位變得更有效率并且精確度更高[17]。
5 腦認(rèn)知功能的外科保護(hù)
目前，針對腦認(rèn)知功能在術(shù)中如何進(jìn)行保護(hù)的研究正在逐步開展。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院與中國科學(xué)院自動化研究所展開合作，應(yīng)用蔣田仔等[18]開發(fā)的腦網(wǎng)絡(luò)圖譜（包括神經(jīng)功能和認(rèn)知功能的定位，圖3）與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)相連接，輔以術(shù)前術(shù)后的認(rèn)知行為學(xué)評估，檢測在神經(jīng)外科手術(shù)中是否能夠保護(hù)已知的認(rèn)知功能，并且可否用來驗證和探索大腦未知的認(rèn)知功能。
6 展望
隨著神經(jīng)外科的不斷發(fā)展，研究對象將不僅止步于切除病變、保護(hù)神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)及“傳統(tǒng)”的腦功能區(qū)。在未來，對認(rèn)知功能的保護(hù)將成為微創(chuàng)神經(jīng)外科腦功能保護(hù)的新要求。新技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用、對皮層功能分區(qū)的不斷完善，都將幫助人們更清晰地理解大腦對于認(rèn)知過程處理的相關(guān)機制。結(jié)合已知的腦認(rèn)知功能區(qū)定位，保護(hù)已知的腦認(rèn)知功能，驗證和探索未知的腦認(rèn)知功能將會是未來神經(jīng)外科腦功能保護(hù)的發(fā)展方向。
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