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14.脑干扫视启动中枢是如何构成的?

扫视是一种快速眼球运动。通过快速眼球运动捕捉快速跳动的视觉信号并将其固定于视网膜中心凹以便能够看清楚快速运动的视靶。
扫视启动中枢有三级:皮质启动中枢、上丘启动中枢、脑干启动中枢。通常随意性扫视是由位于皮质的上级眼动中枢启动的,而反射性扫视是由位于脑干的下级眼动中枢启动的。这里重点谈谈扫视的脑干启动中枢。

脑干运动前神经元启动中枢

脑干扫视启动中枢由于发出冲动直接抵达眼动神经核团,因此又称为运动前运动神经核团(premotor saccade generator),其中各种与启动扫视运动有关的神经元称为运动前(中等长度)脉冲神经元。脑干扫视启动中枢主要含有两种神经元:脉冲神经元(burst neurons)和终止神经元(omni pause neurons,OPN)。脉冲神经元又分为兴奋性和抑制性两种(表2-3)。
表2-3 脑干扫视启动中枢运动前脉冲神经元特点
启动中枢分为负责水平性扫视的启动中枢和垂直性-旋转性扫视启动中枢两种。脑干水平扫视启动中枢位于脑桥的旁正中网状结构(pontine paramedian reticular formation,PPRF),脑干垂直-旋转扫视的启动中枢位于中脑内侧纵束顶端间质核(rostral interstitial medical longitudinal fasciculus,riMLF),经由 PPRF发出侧支抵达riMLF。这些神经核团发出神经冲动直接抵达同侧眼动相关神经核团,从而产生同侧扫视性眼动。脑干扫视启动中枢的病变产生扫视不能或者扫视速度变慢(慢扫视),因此PPRF的病变引起水平性慢扫视,riMLF的病变引起垂直性慢扫视。脑干的扫视启动中枢不但接受来自扫视皮质中枢的下行指令产生扫视,而且接受来自前庭神经核的冲动从而启动眼震快相。来自前庭核的神经冲动启动的是反射性扫视通路,因此中介少、速度快。

水平性扫视启动中枢(PPRF)的脉冲神经元

水平性扫视启动中枢(PPRF)及其脉冲神经元,起于脑桥中段,止于延髓上段,靠近四脑室底部旁正中位置的网状结构。PPRF的脉冲神经元由兴奋性脉冲神经元(EBN)和抑制性脉冲神经元(IBN)构成。
兴奋性脉冲神经元(EBN)位于展神经核上端,相当于脑桥网状下核(nucleus reticularis pontiscaudalis,NRPC)的内侧,直接投射到同侧展神经核团发放兴奋性神经冲动。EBN在水平扫视和眼震快相之前12毫秒有时间锁定性高频率放电,脉冲活动的放电总数与同侧水平扫视振幅成比例。刺激PPRF诱发同侧扫视以及PPRF单侧病变导致同侧扫视不能。EBN投射至同侧展神经核启动同侧扫视,同时投射至舌下周核、前庭内侧核以及旁正中核(PMT)细胞群等参与神经整合机制的核团,以便将脉冲发放的速度信号转变成位置信号以维持眼球位置。EBN也投射至同侧IBN,使同侧IBN兴奋发放抑制冲动至对侧展神经核团,抑制拮抗肌的活动性,以保证同侧扫视。
抑制性脉冲神经元(IBN)位于展神经核的下端,延髓上端旁巨细胞背核(nucleus paragigantocellularis dorsalis,NPGCD)的背内侧部。接受来自 OPN 和对侧IBN的抑制性传入,接受对侧上丘的兴奋性传入从而发生抑制性作用。IBN发出轴突跨过中线到对侧展神经核的运动神经元和中间神经元在同侧扫视时抑制对侧外展运动。IBN也投射至前庭核、舌下前核和PMT细胞群等参与神经整合机制的核团。IBN的作用之一是在扫视过程中使拮抗肌活性静止以执行Sherrington神经交互支配定律。作用之二是在眼睛抵达视靶时协助终止扫视。
EBN与IBN之间在脑桥和延髓的突触连接形成一个神经网络:①同侧EBNIBN配对形成交互神经支配抑制拮抗肌活动;②IBN-对侧EBN和IBN形成抑制进一步放松拮抗肌和去抑制激动肌。这个神经网络形成了交叉偶联,从而形成了一个潜伏期短的正反馈环路。这个正反馈环路具有潜在的不稳定性,在某些情况下导致高频扫视性振荡,推测这是造成扫视性侵扰的病理生理机制之一。

垂直-旋转性启动中枢(riMLF)的脉冲神经元

垂直-旋转性启动中枢(riMLF)及其脉冲神经元,位于MLF顶端,投射至动眼神经核和滑车神经核,主要启动垂直和旋转扫视。
兴奋性脉冲神经元:大多数上向和下向扫视的EBN在riMLF中混合在一起,但上向EBN双侧而下向EBN同侧投射至眼动核团。右侧riMLF的EBN对右眼外旋和左眼内旋放电增加。单侧病变仅损害部分垂直性眼动但是同侧的旋转性眼动则消失。因此右侧riMLF病变导致顺时针快相(病人视角右眼外旋-左眼内旋)丧失。双侧riMLF可使垂直和旋转扫视均丧失。EBN同时有侧支至INC这个垂直-旋转眼动的神经整合中枢(NI)。药物失活INC可产生扫视后向心性漂移提示垂直固视维持的损害。
抑制性脉冲神经元:位于延髓的中央网状结构(central reticular formation,CRF)。

脑干启动中枢的终止神经元

脑干启动中枢的终止神经元(omni pause neurons,OPN),位于中线两侧展神经根之间的中缝际间核(nucleus raphe interpositus,RIP)内,是中等大小树突明显水平横跨中线的神经元,甘氨酸是其产生抑制性作用的神经介质。由于可以终止任何方向的扫视(水平、垂直、旋转等),所以又称全方位终止神经元。OPN接受来自上丘顶端注视区(fixation zone)交叉性投射,还接受来自FEF、SEF、cMRF(中脑中央网状结构)、LLEBN、IBN、FN(小脑顶核)的纤维投射,说明脑干广泛神经环路可以影响扫视的启动终止方向和振幅等。OPN也同时发出抑制性纤维交叉投射至脑桥的EBN和延髓的IBN,以及通过位于MLF之下的内侧网状结构内轴突至中脑riMLF。
OPN持续性放电直到任何方向的扫视启动之前以及扫视期间的终止,OPN在眨眼时停止放电,放电率受静态聚散角度调节。动物实验发现刺激OPN使动物不能产生任何方向的扫视和快相,尽管还可以产生VOR慢相。如果正在扫视的时候刺激OPN,扫视突然降速,因此OPN持续放电抑制EBN脉冲神经元直到需要启动扫视的时候。
作为抑制性开关,OPN有助于运动前扫视脉冲神经元活动同步,使扫视指令驱动眼球快速运动。OPN兴奋时可以阻止EBN-IBN交叉偶联性神经网络的正反馈环路产生振荡。例如:当扫视启动时,OPN停止放电,同侧EBN可以开始放电兴奋同侧扫视同时兴奋同侧IBN使拮抗肌放松。由EBN驱动的扫视期间OPN一直受到抑制,在此期间对侧EBN和IBN都受到抑制。在扫视终止时,同侧IBN停止放电,对侧EBN由于去极化反弹而开始放电兴奋了同侧的IBN,也抑制了最初产生同侧扫视的EBN。任何时候OPN受到抑制即使没有扫视指令,这种EBN-IBN之间的自发性振荡倾向都会存在。此外,小脑顶状核对IBN发送抑制性信号以终止扫视并打开门闩(开关)电路。

门闩神经元

门闩神经元在扫视启动时的作用:同侧EBN-IBN的兴奋性冲动传送至相应眼动神经核团启动扫视,同时也发送神经冲动至门闩神经元(latch neurons)。门闩神经元发放抑制性冲动至OPN神经元,使OPN打开抑制性开关,直到扫视完成为止。扫视完成后OPN恢复持续性抑制性放电,防止不必要的扫视性眼动。这个门闩环路神经元接受扫视脉冲和平稳跟踪信号,在扫视和跟踪之间起开关的门阀作用。

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