卒中后水和唾液吞咽任务中任务依赖性的外周和中枢神经调控皮层反应：一项探索性fNIRS试点研究

《Frontiers in Human Neuroscience》：Task-dependent cortical responses to peripheral and central neuromodulation during water and saliva swallowing after stroke: an exploratory fNIRS pilot study

　　

背景：卒中后吞咽障碍是常见且严重的并发症。神经康复策略包括外周神经肌肉电刺激（NMES）和中枢经颅直流电刺激（tDCS），它们分别通过不同的自下而上和自上而下机制发挥作用。然而，在功能不同的吞咽任务中，它们对皮层血流动力学反应的差异影响仍知之甚少。本试点研究旨在利用功能性近红外光谱（fNIRS）研究NMES和tDCS对卒中后患者不同吞咽任务期间皮层血流动力学的即时调节效应。方法：11名卒中后吞咽障碍患者参与这项探索性、受试者内重复测量试点研究。每次会话之间保持至少24小时的洗脱期，干预条件顺序使用计算机生成序列随机化。通过56通道fNIRS系统监测皮层血流动力学反应，测量氧合血红蛋白变化（ΔHbO₂）。每位参与者在三种随机条件下进行水和唾液吞咽任务：无刺激基线、外周刺激（应用于舌骨上肌的NMES）和中枢刺激（初级运动皮层上的双侧阳极tDCS）。分析关键感兴趣区域的任务相关皮层血流动力学反应和半球偏侧化。结果：主要分析确定了双侧额极皮层（FPC）中显著的刺激×任务交互作用，包括病灶侧FPC，F(2, 20) = 8.44，原始p = 0.002，q = 0.031，偏η² = 0.458，以及病灶对侧FPC，F(2, 20) = 7.42，原始p = 0.004，q = 0.031，偏η² = 0.426。Bonferroni校正的简单效应分析显示，在tDCS条件下，水吞咽比唾液吞咽在病灶侧（p_adj = 0.020）和病灶对侧（p_adj = 0.008）FPC中引起更大的反应。在水吞咽期间，tDCS产生比无刺激更大的病灶对侧FPC反应（p_adj = 0.006），而在唾液吞咽期间，无刺激产生比tDCS更大的双侧FPC反应（I-FPC: p_adj = 0.008; C-FPC: p_adj = 0.034）以及比NMES更大的病灶侧FPC反应（p_adj = 0.043）。每个比较组内应用FDR校正的探索性配对比较进一步显示，在无刺激条件下，唾液吞咽比水吞咽引起更大的双侧FPC反应（I-FPC: q = 0.018; C-FPC: q = 0.024）。在NMES下，水吞咽比唾液吞咽引起更大的病灶侧FPC反应（q = 0.002）。在唾液吞咽期间，tDCS与比NMES更大的病灶侧辅助运动区/前运动皮层（SMA/PMC）反应相关（q = 0.014）。结论：急性皮层血流动力学反应根据刺激条件和吞咽任务的组合而变化，最有力的证据来自双侧FPC刺激×任务交互作用。这些发现表明任务依赖性的前额叶血流动力学反应，但未建立刺激特异性疗效、半球重组、神经可塑性或治疗优越性。需要更大规模的假对照研究来确定这些急性fNIRS发现的可重复性和临床相关性。临床试验注册：试验在国际传统医学临床试验注册中心（ITMCTR）注册，网址：https://itmctr.ccebtcm.org.cn/en/index.html，标识符ITMCTR2025001814。

研究背景：吞咽是一个复杂的感知运动过程，涉及皮层、皮层下、脑干和外周神经肌肉系统的协调交互。卒中后吞咽障碍（post-stroke dysphagia）是常见且严重的并发症，可导致误吸性肺炎和营养不良。目前神经康复策略主要包括外周神经肌肉电刺激（NMES）和中枢经颅直流电刺激（tDCS），分别通过自下而上（bottom-up）增强感觉输入和自上而下（top-down）调节皮层兴奋性发挥作用。然而，这两种不同机制的刺激方式在功能不同的吞咽任务（如反射性的水吞咽和自主性的唾液吞咽）中对皮层活动的影响差异尚不清楚。因此，研究人员开展这项探索性试点研究，旨在利用功能性近红外光谱（fNIRS）比较外周和中枢神经调控对卒中后吞咽障碍患者皮层血流动力学反应的即时调节效应，探讨任务-刺激匹配假说，为临床制定个体化精准康复策略提供神经影像学依据。该论文发表在《Frontiers in Human Neuroscience》。

关键技术方法：研究人员采用自身对照重复测量设计，从北京市大兴区某中西医结合医院康复医学科招募15名卒中后吞咽障碍患者（最终分析11例，排除4例因运动伪影）。使用56通道fNIRS系统（NirSmart，中国慧创医疗）监测氧合血红蛋白变化（ΔHbO₂）。每位参与者在随机顺序下接受三种条件：无刺激、NMES（双侧舌骨上肌，1.5 mA，400 ms脉冲宽度，5 s间隔）和双侧M1阳极tDCS（C3/C4阳极，FC6阴极，1 mA/2 mA，20分钟）。任务包括水吞咽（5 mL）和唾液吞咽（按指令），每个任务包含3个30秒任务块和30秒休息块。数据预处理使用HOMER2软件进行带通滤波（0.01–0.1 Hz）和运动校正，采用修正Beer-Lambert定律计算ΔHbO₂。统计分析以3×2重复测量方差分析为主，辅以Bonferroni校正和FDR校正的探索性配对t检验。

研究结果：

3.1 刺激与吞咽任务对皮层血流动力学反应的主要效应
通过重复测量方差分析（RM-ANOVA），在双侧额极皮层（FPC）中发现了显著的刺激×任务交互作用，且该效应通过了FDR校正。病灶侧FPC：F(2, 20) = 8.44，原始p = 0.002，q = 0.031，偏η² = 0.458；病灶对侧FPC：F(2, 20) = 7.42，原始p = 0.004，q = 0.031，偏η² = 0.426。Bonferroni校正简单效应分析表明：在tDCS条件下，水吞咽比唾液吞咽引起双侧FPC更大反应（病灶侧p_adj = 0.020，对侧p_adj = 0.008）；在水吞咽任务中，tDCS产生比无刺激更大的病灶对侧FPC反应（p_adj = 0.006）；在唾液吞咽任务中，无刺激比tDCS产生更大的双侧FPC反应（病灶侧p_adj = 0.008，对侧p_adj = 0.034），且无刺激比NMES产生更大的病灶侧FPC反应（p_adj = 0.043）。探索性配对t检验（FDR校正）进一步显示：无刺激条件下，唾液吞咽比水吞咽引起双侧FPC更大反应（病灶侧q = 0.018，对侧q = 0.024）；NMES条件下，水吞咽比唾液吞咽引起病灶侧FPC更大反应（q = 0.002）；tDCS条件下，唾液吞咽比水吞咽引起病灶侧辅助运动区/前运动皮层（SMA/PMC）更大反应（q = 0.005），而水吞咽比唾液吞咽引起双侧FPC更大反应（病灶侧q = 0.002，对侧q = 0.002）。这些结果表明，刺激方式和吞咽任务的组合对皮层血流动力学反应具有显著影响。

3.2 半球偏侧化分析
对8个同源感兴趣区域（ROI）对的偏侧化指数（LI）进行3×2 RM-ANOVA，经FDR校正后，未发现刺激主效应、任务主效应或刺激×任务交互作用显著（所有q > 0.05）。最小的未校正p值出现在背外侧前额叶皮层（DLPFC）的刺激条件效应（p = 0.033），但未通过校正（q = 0.266）。因此，本研究未提供FDR支持的证据表明刺激或吞咽任务会引起半球偏侧化的系统性改变。

3.3 临床结局指标
使用精确Wilcoxon符号秩检验评估每次刺激前后洼田饮水试验（KWDT）和功能性经口摄入量表（FOIS）的变化。无刺激条件下无改善（11例中0例改善）。NMES和tDCS后各有4例KWDT改善，但均未达到统计学显著性（Z = -1.643，p = 0.125）。FOIS方面，NMES后4例改善，tDCS后5例改善，但同样未达到统计学显著性（NMES：Z = -1.643，p = 0.125；tDCS：Z = -1.888，p = 0.063）。Friedman检验显示FOIS变化在三种条件间存在总体差异（χ²(2) = 8.40，p = 0.015），但Bonferroni校正后的两两比较均未显著。因此，单次刺激后未观察到具有统计显著性的临床功能改善。

讨论与结论：
讨论部分指出，本研究的基础发现是：在无刺激条件下，唾液吞咽比水吞咽引起双侧FPC显著更大的激活，这与唾液吞咽作为更依赖内在意图和高级认知过程的自主性动作一致，而水吞咽作为感觉诱发的反射性动作，对前额叶执行功能的需求较低。在NMES条件下，探索性分析显示水吞咽比唾液吞咽引起病灶侧FPC更大反应，可能反映了外周感觉输入与不同任务感觉运动需求的交互作用，但具体机制尚不明确。在tDCS条件下，任务依赖性模式表现为水吞咽比唾液吞咽引起双侧FPC更大反应，而唾液吞咽比水吞咽引起病灶侧SMA/PMC更大反应，提示tDCS的效应依赖于任务，而非普遍性皮层兴奋性增强。RM-ANOVA提供了最稳健的统计证据——双侧FPC的刺激×任务交互作用，且效应量大（病灶侧偏η² = 0.458，对侧偏η² = 0.426），表明FPC对刺激与任务认知需求的交互作用特别敏感。偏侧化分析未发现FDR支持的半球偏侧化改变，提示急性血流动力学反应未伴随一致的半球间活动再分布。临床结局方面，尽管FOIS的Friedman检验显示总体差异，但Bonferroni校正后无显著配对比较，因此单次刺激效果有限，应视为探索性观察。

研究结论翻译：这项探索性试点研究提供了初步证据，表明外周（NMES）和中枢（tDCS）神经调控在卒中后吞咽过程中引起不同的急性皮层血流动力学反应，其效应随刺激方式和吞咽任务而变化。NMES和tDCS并未统一改变皮层血流动力学反应，而是优先参与吞咽网络的不同组成部分，支持皮层吞咽控制的功能分化和任务依赖性组织。重要的是，这些发现反映了急性神经生理调节，而非长期神经可塑性或治疗优越性的证据。尽管受限于小样本量、缺乏假刺激对照和单次会话设计，本研究为外周和中枢神经调控如何在吞咽过程中可能参与部分不同的皮层机制提供了初步机制性见解。未来需要进行充分把握度、假对照的纵向研究，纳入重复刺激方案、病灶分层分析和多模态神经影像，以确定这些急性皮层血流动力学反应能否转化为持续性功能恢复，并进一步评估所提出的任务-刺激匹配假说。