一、麻醉学基础

1　丘脑中央正中核在睡眠、麻醉和觉醒中的作用

经典神经解剖学认为，脑干网状结构-丘脑-皮质被认为在功能上是一个整体，共同参与意识的形成和觉醒的维持。丘脑位于脑干网状结构-丘脑-皮质通路这一通路的中间环节，也是上行激活系统和下行易化通路的共同通道，在维持意识和觉醒中具有关键地位。丘脑中央正中核（central medial thalamus，CMT）是高级丘脑核团中的一员，也是脑干网状结构-丘脑-皮质轴的重要组成，近年来多项研究证实CMT在参与麻醉诱导的意识消失、睡眠及觉醒过程中有重要作用。因此，本文梳理有关文献，就CMT在麻醉、觉醒等方面的作用和机制做综述。

一、丘脑核团在意识消失和觉醒中的作用

丘脑是皮质神经下传和感觉信号上传的中继站，参与广泛的神经网络交互应答反应。丘脑中央核团可接受脑干来源的觉醒信号，包括来自楔状核、中央被盖、中脑网状结构和基底前脑等区域。丘脑板内核群前部接受上行激动信号，并在板内核群内部形成相互投射，对觉醒状态进行调节。丘脑还接受其他由上而下的意识相关神经网络的投射，如皮质-皮质神经通路在此中继，皮质-纹状体苍白球-丘脑-皮质环路也通过丘脑神经元中转，此外，前额叶皮质与丘脑-纹状体还形成反馈性环路。与睡眠-觉醒密切相关的下丘脑核团，如下丘脑腹外侧视前区（VLOP）、下丘脑后部结节乳头体核（TMN）等核团，在丘脑也有广泛的神经支配。Lewis在人体试验中发现，丙泊酚麻醉后大脑皮质电活动在时空上呈现“碎片化”，伴随以非同步化的慢波振荡（﹤ 1Hz），具体表现为远距离（2cm）皮质间的信息传送中断，而短距离（﹤ 4mm）皮质电活动仍保持同步，推测可能是丘脑功能受抑制，从而使得皮质-丘脑-皮质之间的信息传送被迫中断。

从神经投射与核团功能上划分，丘脑主要由两种核团构成。一种是一阶丘脑核团（first order thalamic nuclei），又称为旧丘脑、丘脑特异性核团，主要接受外周感受信号并特异性投射至特定区域皮质。例如，丘脑腹后内侧核接受孤束核的纤维，随后投射至大脑皮质躯体感觉区。而另一种是高阶丘脑核团（Higher order thalamic nuclei），包括大部分丘脑中缝核和板内核群，此类核团与丘脑其他部分、纹状体以及脑干网状结构等存在联系，并投射到大脑皮质的广泛区域，同时又接受来自皮质和皮质下结构的广泛调控。

在功能上，一阶和高阶丘脑核团对大脑皮质的影响完全不同。在刺激丘脑特异性核团后，皮质在较短时间内出现点状反应（1～2ms）；刺激丘脑非特异性核团后，在大脑两侧半球皮质区域中出现广泛应答。然而，丘脑一阶和高阶核团之间并非完全割裂，高阶丘脑能够接受一阶核团的传入，并将其与其他信息整合以便做出复杂的反应，从而维持觉醒状态。在猫和猴子的研究中已经证实，听觉刺激能够引起眼睛和头部向刺激的方向转动，而这一现象与板内核的电活动程度完全一致；反过来，电刺激板内核也可以引起头部运动，并增加对视觉刺激的电生理反应。

二、CMT核团的功能和投射特征

CMT位于丘脑中央，其神经细胞形态各异，较明显的特点是树突上存在众多膨体，而这使得它们的远端树突看起来像轴突。通过膜电位特征，可将CMT中的神经元分为强直放电（tonic）和簇发（burst firing）放电模式，这两种神经元在CMT中的分布比较均衡。

作为高阶丘脑的代表，CMT既可以接受特异性核团的传入，也接收来自脑干和间脑的支配，同时向包括扣带回在内的皮质和皮质下组织发出广泛的投射，是丘脑-皮质环路（thalamo-cortical loop）的重要组成部分。功能上，丘脑中的神经元包括三类，丘脑皮质神经元（thalamocortical neuron，TC）、网状神经元（Reticular neuron，RT）和丘脑中间神经元（interneuron，IN）。TC受到RT神经元的调控与皮质-丘脑神经元共同形成丘脑-皮质环路。丘脑皮质环路的不同部位的损害可以对皮质振幅变化产生不同影响。无论是皮质、丘脑内还是皮质丘脑内的快波和慢波都会受到影响。目前已经证实丘脑-皮质环路是睡眠特征性脑电波—梭形波（spindles）的物质基础，也是丙泊酚麻醉维持期特征性脑电波形—α波的物质基础。在清醒状态下，来自脑干的兴奋性信息传入丘脑，丘脑TC神经元激活后持续去极化。在体电生理研究表明，动物麻醉时，TC细胞显著超极化，可能是由于双孔钾离子通道激活或者GABA受体功能增强所导致。

三、CMT在意识消失和觉醒中的作用

在非快速动眼睡眠（NERM）状态中，皮质表现出以慢波（0.5～4Hz）为主导的同步化状态，并且皮质丘脑环路在活跃（up）和静息（down）状态中交替转变。众多研究已经证实，CMT在意识消失和觉醒中扮演重要作用。损毁CMT能够使动物迅速陷入昏迷；刺激这一区域能够改善严重脑外伤患者的微弱意识状态，促进意识和行为恢复。在麻醉的研究中发现，在CMT注射乙酰胆碱（Ach）受体激动剂尼古丁，能够逆转七氟烷导致的大鼠翻正反射消失；清醒状态下向CMT区域注射γ-氨基丁酸（GABA）受体激动剂能够消除大鼠翻正反射，进入类似麻醉状态，强烈提示CMT中的乙酰胆碱和GABA能系统对于麻醉导致的意识消失具有关键作用。Gent等近期利用光遗传学技术进行研究时发现，强直光刺激小鼠CMT核团的兴奋性神经元，会引起小鼠从NERM向觉醒状态转变；而用簇状发放的光刺激CMT则会产生慢波样变化，提高皮质的同步性，促进睡眠剥夺后的恢复性睡眠，表明CMT在睡眠与觉醒中发挥双重控制作用。

Baker等通过测量大脑深部脑区局部场电位，比较自然睡眠和麻醉导致意识丧失过程中不同脑区的电活动变化，证实在CMT及其投射皮质之一的扣带回、丘脑腹外侧核（一阶丘脑）及其投射皮质桶状皮质区域，脑电变化并不同步。尽管在意识消失过程中，四个脑区脑电都具有从高频向低频过度，delta波显著增加等特点，但在麻醉诱导的意识消失过程中，CMT局部场电位的变化比其他部位更早，而睡眠状态出现时，CMT场电位中的delta波也最先发生相位变化。与此相似的是，最新研究证实，CMT与其邻近的核团相比，局部场电位在由NREM向觉醒转变中的变化也最早出现，强烈提示无论是由意识清醒到麻醉或睡眠诱导的意识消失，还是此后的意识恢复阶段，CMT都具有引领作用。

四、CMT在植物状态促醒中的作用

植物状态是一种没有意识的觉醒状态，在植物状态下，大脑对于外部任何刺激，如运动或声音，都没有明显的反应。有研究认为，认为麻醉和植物状态的产生都与丘脑有着密切关系，丘脑可能是促进意识恢复的动力核心。董月青等对一植物状态一年半的患者进行脑深部电流刺激两个月后发现，患者的意识状态有了极大提高，并认为刺激位点位于丘脑板内核团，主要是CMT和束旁核复合体。还有研究发现，在中央丘脑进行电刺激，可直接增强下脑干区域电活动（30～50Hz），同时激活胆碱能元，这种现象可被东莨菪碱所阻断。由此推测，CMT在植物状态促醒中具有重要的开关作用，通过适当的频率的刺激激活CMT，实现植物状态的初步解冻，其机制可能是外界刺激活化丘脑神经元，解除皮质对丘脑的抑制作用。

五、CMT参与意识消失和觉醒的机制

目前CMT参与意识消失和觉醒的机制尚不十分明确。前期研究发现，在CMT注射去甲肾上腺素（NE）能够加速丙泊酚麻醉后的觉醒过程，但是对于丙泊酚的麻醉诱导或敏感性没有影响。通过全细胞膜片钳检测NE对CMT神经元和GABA能神经元的影响，证实丙泊酚可抑制CMT神经元的兴奋性，增强GABA能抑制性神经的传入，而NE则部分逆转此效应。以上结果提示，CMT中的去甲肾上腺素能通路在全身麻醉导致的意识消失过程中起着重要的作用。此外，Gent等在研究中提出，CMT丘脑皮质神经元投射至前扣带回（cingulate cortex），神经纤维进而经丘脑AD（anterodorsal nucleus）中转，投射至 VIS（visual cortex）皮质，这一神经环路（丘脑-皮质-丘脑-皮质）在NERM睡眠到觉醒的过程中发挥重要作用，且由CMT启动，由此实现皮质的同步化改变。

以往认为CMT神经元特征类似于背侧丘脑中的中继神经元。而在中继神经元中广泛存在的超极化激活的混合阳离子电导介导的内整流（Ih）却并未在CMT神经元中观察到。和大多数电压依赖性电流在去极化时激活不同，Ih在神经元超级化时被激活，并有着强大的内向整流特性。Ih一直被认为是睡眠过程中丘脑皮质网络产生高度一致的δ振荡波的机制，而CMT中Ih的缺失则提示δ振荡波在CMT中可能较弱或不一致。Jhangiani-Jashanmal等推测，CMT中Ih减弱可能是神经网络调控的结果，CMT是众多神经网络的中继站，也是外周感受信息的整合站，因此众多外周和中枢信号的传入使得δ振荡更容易被破坏，而这一机制有可能为CMT在觉醒或麻醉后觉醒中的作用提供潜在的解释。

六、问题和展望

CMT及其所代表的丘脑高阶核团在参与意识消失和觉醒中的作用得到越来越多的证实，但机制还有待深入研究。CMT中存在多种神经元，以及多种递质受体，不同的神经递质系统如何发挥作用，如何构成网络传递，有待深入探索。其次，CMT作为高阶丘脑中的一员，与其他核团有何区别，板内核-中缝核团在意识消失和觉醒前后是单独参与，还是作为整体起作用，仍需要进一步研究。此外，CMT如何与脑干网状结构和皮质相互联系，这一网络如何对睡眠、麻醉和觉醒做整体应答，都是需要解答的问题。

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