前庭相關(guān)認(rèn)知能力的研究進(jìn)展

馮慧敏金占國(guó)劉紅巾賈宏博

1空軍特色醫(yī)學(xué)中心航空航天眩暈診療研究中心(北京 100142)

2空軍特色醫(yī)學(xué)中心醫(yī)學(xué)鑒定科（北京 100142）

3空軍特色醫(yī)學(xué)中心(北京 100142)

前庭系統(tǒng)是由三個(gè)不同平面的半規(guī)管和兩個(gè)耳石器官（橢圓囊和球囊）組成的一個(gè)平衡系統(tǒng)，它通過感知頭部空間運(yùn)動(dòng)的角加速度和線性加速度，在大腦進(jìn)行信息整合分析，經(jīng)前庭—眼反射維持凝視穩(wěn)定性，經(jīng)前庭—脊髓反射保持身體平衡[1]?，F(xiàn)今諸多報(bào)道稱前庭系統(tǒng)參與大腦認(rèn)知各個(gè)領(lǐng)域的形成，如空間認(rèn)知能力、記憶力、注意力和執(zhí)行能力等。

美國(guó)健康營(yíng)養(yǎng)管理學(xué)會(huì)2015年報(bào)道了一組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)1999-2004年間2006名前庭功能障礙者，發(fā)現(xiàn)約60%的人存在日常生活能力（Activities of Daily Living，ADL）受限，大部分人存在財(cái)務(wù)管理能力障礙，其中相對(duì)于視力減退和聽力下降等因素，前庭功能在年齡與ADLs中的關(guān)聯(lián)比較高，為21.7%[2]；2016年報(bào)道一組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)1999-2002年間1303名60歲以上者，發(fā)現(xiàn)前庭功能障礙者占58.1%，前庭功能在年齡與認(rèn)知能力減退中的關(guān)聯(lián)比為14.3%，認(rèn)知能力關(guān)聯(lián)前庭功能與ADLs的比值為16.9%，充分說明前庭功能與認(rèn)知能力之間存在一定的關(guān)聯(lián)性[3]；2017年報(bào)道一組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)2001-2004年間279名前庭功能障礙者，發(fā)現(xiàn)駕駛操作能力障礙者為74.9%，進(jìn)一步說明前庭功能在空間導(dǎo)航與定向中發(fā)揮重要作用[4]。美國(guó)2008年的公共衛(wèi)生調(diào)查數(shù)據(jù)顯示8.4%的成人存在前庭性眩暈，其中約80%的前庭性眩暈患者存在注意力難以集中和記憶力減退，約25%的患者由于記憶力減退和思維混亂導(dǎo)致ADLs受限，33%的患者存在焦慮、抑郁和驚恐障礙[5]；2016年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示前庭功能障礙者的交通事故發(fā)生率是無前庭功能障礙者的3倍[6]。

以上及諸多流行病學(xué)調(diào)查研究顯示在老年人群中前庭功能障礙是導(dǎo)致認(rèn)知能力減退的主要因素之一，同時(shí)也有研究表明不同類型的前庭功能障礙對(duì)認(rèn)知能力的影響也存在差異[7]。認(rèn)知并不是單一能力，而是由空間認(rèn)知能力、記憶力、注意力和執(zhí)行力等多個(gè)領(lǐng)域組成的信息存儲(chǔ)、整合與分析系統(tǒng)，而前庭系統(tǒng)在多個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域的形成中發(fā)揮重要作用[8]。本文通過回顧近往年相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)前庭功能在認(rèn)知能力各個(gè)領(lǐng)域的研究發(fā)展予以綜述。

1 前庭相關(guān)空間認(rèn)知能力的研究

1.1 空間記憶

前庭系統(tǒng)神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)研究表明前庭神經(jīng)通路不僅參與頭部運(yùn)動(dòng)方向信息的傳入，還參與了空間學(xué)習(xí)和記憶信息的傳導(dǎo)，其中海馬體的內(nèi)嗅皮質(zhì)是空間信息的主要整合中樞[9]。海馬體是內(nèi)側(cè)顳葉的主要結(jié)構(gòu)，主導(dǎo)空間學(xué)習(xí)和記憶，參與空間學(xué)習(xí)和記憶信息的存儲(chǔ)、整合與分析。諸多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明雙側(cè)前庭功能障礙的動(dòng)物模型，其海馬區(qū)細(xì)胞具有異位和異常節(jié)律現(xiàn)象，且海馬和紋狀體區(qū)域的M1-毒蕈堿乙酰膽堿受體和谷氨酸受體N-甲基-d-天冬氨酸(NMDA)亞型明顯下調(diào)，從而間接影響空間記憶與海馬θ節(jié)律[10-13]。由于海馬體的主要功能比較明確，前庭功能相關(guān)空間記憶的研究中，針對(duì)海馬體積改變的研究報(bào)道稱前庭功能障礙者多數(shù)表現(xiàn)海馬體積減小，但是也有較多動(dòng)物試驗(yàn)和臨床研究否認(rèn)前庭功能障礙與海馬體積改變之間的相關(guān)性[14-16]。Aitken等人[17]對(duì)103名平均年齡為77.2歲的受試者進(jìn)行前庭功能檢查和海馬體積測(cè)量發(fā)現(xiàn)oVEMPs幅度和VOR增益與海馬體積之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另有研究表明前庭功能障礙對(duì)海馬體積的影響較為復(fù)雜并不直接相關(guān)，而且不同類型的前庭功能障礙可能導(dǎo)致海馬不同部位的體積變化，并且與發(fā)病時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)[18-21]。甚至有研究發(fā)現(xiàn)前庭系統(tǒng)的短期功能障礙導(dǎo)致海馬的功能改變，長(zhǎng)期功能障礙導(dǎo)致海馬的體積改變[22]。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證前庭功能障礙導(dǎo)致空間記憶障礙，Nancy等[23]在迷宮實(shí)驗(yàn)中對(duì)比前庭功能障礙大鼠與對(duì)照組發(fā)現(xiàn)前庭功能障礙對(duì)空間記憶具有明顯的影響，經(jīng)人為手術(shù)損傷前庭功能的大鼠完成迷宮實(shí)驗(yàn)的時(shí)間明顯長(zhǎng)于對(duì)照組。可見前庭系統(tǒng)在空間記憶的形成中具有重要的意義。

1.2 空間導(dǎo)航與定向

2014年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者，O'Keefe、Britt和Moser，通過研究丘腦、海馬體與內(nèi)嗅皮質(zhì)各種細(xì)胞的生理功能發(fā)現(xiàn)視覺、嗅覺與前庭系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)并構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的空間信息系統(tǒng)，這為空間導(dǎo)航與定向研究提供了一定的理論依據(jù)[24]。心理—物理學(xué)研究表明前庭系統(tǒng)是空間導(dǎo)航與定向的信號(hào)源，神經(jīng)生理學(xué)研究表明空間導(dǎo)航與定向是由前庭信息與視覺信息共同整合而成的一種輸出信號(hào)，這一信號(hào)在內(nèi)嗅皮質(zhì)、后頂葉皮質(zhì)、額葉皮質(zhì)和顳葉皮質(zhì)等多個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域進(jìn)行編碼[25,26]。Anaqnostou等[27]通過研究前庭信號(hào)如何單獨(dú)或聯(lián)合本體感受信號(hào)在單側(cè)海馬硬化癥（hippocampal sclerosis，HS）患者和對(duì)照組中構(gòu)建空間參考體系發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于對(duì)照組HS患者在受到前庭刺激時(shí)，其兩個(gè)測(cè)量值（目標(biāo)直視方向與重新定位估計(jì)值）的變異性較高，可見HS患者并不能準(zhǔn)確處理空間信息，而且不能有效利用空間信息構(gòu)建以頭部為中心的空間參照體系，該研究足以說明海馬損傷會(huì)導(dǎo)致空間信息整合失敗，從而導(dǎo)致空間導(dǎo)航與定向障礙。

空間導(dǎo)航與定向建立在多個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)相互協(xié)作的基礎(chǔ)之上，神經(jīng)系統(tǒng)在三維空間通過調(diào)節(jié)自身運(yùn)動(dòng)速度、方向、距離和位置發(fā)揮空間導(dǎo)航與定向能力，而且一切與方向相關(guān)的運(yùn)動(dòng)都需要空間導(dǎo)航與定向的參與，所以一切伴有空間導(dǎo)航與定向能力障礙的疾病，如雙側(cè)前庭功能障礙、輕度認(rèn)知缺陷和癡呆，均對(duì)方向性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響[28]?？梢娍臻g導(dǎo)航與定向參與并影響交通工具的駕駛操作，美國(guó)健康營(yíng)養(yǎng)管理學(xué)會(huì)關(guān)于2001-2004年與2016年的公共衛(wèi)生調(diào)查數(shù)據(jù)顯示前庭功能障礙者的駕駛操作能力明顯減退，這說明前庭功能障礙影響空間導(dǎo)航與定向能力[4,6]。Xie等[29]應(yīng)用三角形完成試驗(yàn)（Triangle Completion Task，TCT）評(píng)價(jià)老年性前庭功能障礙者的空間導(dǎo)航與定向能力，發(fā)現(xiàn)老年性前庭功能障礙患者在試驗(yàn)中相對(duì)正確軌跡的角度和距離偏差較對(duì)照組明顯增加，進(jìn)一步說明前庭功能障礙導(dǎo)致空間導(dǎo)航與定向障礙。老年性前庭功能障礙病人與空間認(rèn)知能力障礙有關(guān)，而且輕度認(rèn)知缺陷和阿爾茲海默癥患者中前庭功能障礙者較為普遍，尤其認(rèn)知缺陷患者多存在定向障礙和駕駛操作能力障礙[30]。

2 前庭相關(guān)記憶力、注意力和執(zhí)行力的研究

諸多行為與影像學(xué)研究指出前庭-皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)主要分布在顳、頂葉皮質(zhì)與前額葉皮質(zhì)之間，而大腦前額葉皮質(zhì)與記憶、判斷、抽象思維、情感和沖突行為有關(guān)[31]。一個(gè)三級(jí)診療中心研究了上半規(guī)管裂綜合征（Superior Semicircular Canal Dehiscence Syndrome，SSCDS）患者經(jīng)骨裂填塞術(shù)或卵圓窗加固術(shù)（Round Window Reinforcement，RWR）前后的認(rèn)知功能改變，該實(shí)驗(yàn)將SSCDS的兩個(gè)主要癥狀，即半規(guī)管裂（SCD）和未成像耳軟骨囊缺陷（Otic Capsule Defects not visualized with imaging，noiOCD）單獨(dú)及聯(lián)合進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)no-iOCD經(jīng)RWR后患者的記憶與學(xué)習(xí)能力測(cè)試（WRAML-2）和得利斯卡普蘭執(zhí)行力系統(tǒng)測(cè)試（D-KEFS）評(píng)價(jià)得分較術(shù)前病人明顯提高，可見no-iOCD患者手術(shù)前后在記憶和學(xué)習(xí)能力及注意力方面有明顯改善[32]。巴爾的摩衰老縱向研究計(jì)劃（Baltimore Longitudi‐nal Study of Aging，BLSA）在關(guān)于前庭功能相關(guān)的年齡和認(rèn)知能力研究中，觀察發(fā)現(xiàn)前庭功能障礙者在卡片旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)、頂板試驗(yàn)、本頓視覺保持試驗(yàn)及連線試驗(yàn)A和B中的表現(xiàn)較差，統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果顯示前庭功能與執(zhí)行力之間的關(guān)聯(lián)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是與記憶力和注意力的關(guān)聯(lián)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，間接地說明了前庭功能障礙可能是癡呆和阿爾茲海默癥的預(yù)測(cè)信號(hào)之一[33]。前庭功能障礙的明確診斷也為神經(jīng)性疾病的早期診斷與干預(yù)提供了科學(xué)依據(jù)，由于前庭功能障礙可通過一些物理療法進(jìn)行治療，所以鑒別和治療老年性前庭功能障礙將會(huì)在預(yù)防和減輕認(rèn)知能力減退方面帶來巨大的好處。

3 前庭相關(guān)其他認(rèn)知領(lǐng)域的研究

有研究顯示前庭功能障礙會(huì)導(dǎo)致精神認(rèn)知障礙，即情緒異常狀態(tài)和情感障礙[34]。美國(guó)2008年公共衛(wèi)生調(diào)查數(shù)據(jù)顯示前庭性眩暈患者存在一定的焦慮、抑郁和驚恐障礙[5]。Lahmann等[35]于2015年發(fā)布的關(guān)于眩暈病人存在精神疾病和社會(huì)心理障礙的研究數(shù)據(jù)顯示器質(zhì)性眩暈患者中精神疾病占比為42.5%，非器質(zhì)性眩暈患者中為75.2%，這些依據(jù)均說明眩暈癥狀與精神疾病和社會(huì)心理障礙之間存在復(fù)雜的雙向關(guān)系，而前庭功能障礙的主要癥狀為眩暈和不穩(wěn)感，所以前庭功能與精神認(rèn)知領(lǐng)域也存在一定的相關(guān)性。Smith[36]在一篇綜述中收集相關(guān)證據(jù)證明了前庭功能障礙患者可能存在計(jì)算能力障礙和數(shù)字操控能力障礙的假說，但是研究年代久遠(yuǎn)，近年來尚無研究進(jìn)一步驗(yàn)證，所以前庭功能障礙與計(jì)算能力障礙和數(shù)字操控能力障礙之間的相關(guān)性尚有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

目前前庭相關(guān)的其他認(rèn)知領(lǐng)域的研究報(bào)道鮮少，與認(rèn)知評(píng)價(jià)的方法體系不夠完善有著重要的關(guān)系。目前廣泛應(yīng)用的多種認(rèn)知評(píng)分量表測(cè)試與空間導(dǎo)航與定向試驗(yàn)的評(píng)價(jià)范圍局限，可能受前庭功能障礙者的主觀意志影響，從而導(dǎo)致一些隱匿的認(rèn)知能力缺陷被忽略，所以關(guān)于其他認(rèn)知領(lǐng)域的研究有待進(jìn)一步深入，同時(shí)認(rèn)知評(píng)價(jià)方法體系還需進(jìn)一步完善。

4 總結(jié)

前庭功能相關(guān)認(rèn)知能力的一系列研究表明，前庭系統(tǒng)作用于大腦各個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域，并依據(jù)其功能特點(diǎn)不同對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的影響大小不一，而前庭系統(tǒng)對(duì)空間認(rèn)知能力的影響最為顯著。大部分研究認(rèn)為前庭功能障礙所導(dǎo)致的空間認(rèn)知能力缺陷與前庭-皮質(zhì)通路受損有關(guān)，尤其是海馬體與內(nèi)嗅皮質(zhì)，但是具體生理機(jī)制尚不清楚。而且目前前庭功能相關(guān)記憶力、注意力和執(zhí)行力等認(rèn)知領(lǐng)域的研究鮮少，因此前庭系統(tǒng)在多認(rèn)知領(lǐng)域中的解釋還較為局限，前庭功能相關(guān)認(rèn)知能力的研究尚需要進(jìn)一步闡明。將來的研究可從電生理層面更加深入的研究前庭-皮質(zhì)通路的作用機(jī)制、擴(kuò)展臨床實(shí)驗(yàn)的研究規(guī)模、探究前庭功能相關(guān)認(rèn)知能力的時(shí)間進(jìn)程，目標(biāo)是在前庭相關(guān)的其他認(rèn)知領(lǐng)域找到突破點(diǎn)。隨著前庭功能性疾病的早期診斷，越來越多的功能障礙病人需要進(jìn)行完善的康復(fù)鍛煉以改善預(yù)后，拓展前庭神經(jīng)康復(fù)和認(rèn)知訓(xùn)練項(xiàng)目以減少前庭功能障礙帶來的ADLs問題將成為主要研究目的。