为了验证三叉神经对认知表现的影响是否涉及蓝斑核的活动，本文提供了两种实验方案，旨在评估咀嚼所引起的认知表现与任务相关瞳孔大小变化之间的可能关联。这些方案可应用于怀疑存在蓝斑核参与的各类情况。
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方法文章
评估三叉神经刺激诱发的蓝斑介导觉醒中与瞳孔相关的变化
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
现有科学文献表明，与咀嚼相关的三叉神经感觉运动活动可能影响觉醒、注意力和认知表现。这些效应可能是由于三叉神经系统与上行网状激活系统（ARAS）存在广泛连接，而蓝斑（LC）的去甲肾上腺素能神经元属于该系统的一部分。LC神经元向全脑发出投射，且已知其放电活动与瞳孔大小共变。LC的激活是引发任务相关性瞳孔扩张所必需的。如果咀嚼对认知表现的影响是通过LC介导的，那么可以合理推测，认知表现的变化应与任务相关性瞳孔扩张的变化相关。本文提出了两种新颖的实验方案，用于验证这一假设，并证明咀嚼效应并非源于非特异性的运动激活。在两种方案中，均记录受试者在特定任务期间的表现和瞳孔大小变化，时间点包括：2分钟干预前、干预后即刻以及干预后半小时。干预条件包括：a）无活动，b）节律性双侧握力运动，c）双侧咀嚼软质颗粒，d）双侧咀嚼硬质颗粒。第一种方案通过检测受试者在数字矩阵中识别目标数字的表现来评估认知水平。由于瞳孔大小由专用瞳孔测量仪记录，该设备会遮挡视觉以确保光照条件恒定，因此任务相关性瞳孔扩张是在触觉任务中进行评估的。该方案的结果显示：1）咀嚼引起的表现变化与任务相关性瞳孔扩张变化呈正相关；2）握力运动既不能提升表现，也不能增强瞳孔扩张。第二种方案采用可穿戴式瞳孔测量仪，能够在执行相同任务的同时同步测量瞳孔大小变化和认知表现，从而为LC在三叉神经对认知活动影响中的作用提供更有力的证据。这两项方案均在比萨大学已故教授朱塞佩·莫鲁齐（Giuseppe Moruzzi）——ARAS的发现者——的历史性办公室内实施。
引言
在人类中，已知咀嚼可加快认知处理速度1,2，并改善觉醒状态3,4、注意力5、学习和记忆功能6,7。这些效应与皮层事件相关电位潜伏期缩短8以及多个皮层和皮层下结构的灌注增加相关2,9。
在脑神经中，三叉神经纤维传递的信息对维持大脑皮层去同步化和觉醒状态最为重要10，可能是由于三叉神经与上行网状激活系统（ARAS）之间存在强烈的连接11在ARAS结构中，蓝斑（LC）接收三叉神经传入信号11 并调节觉醒状态12,13，其活动与瞳孔大小共变
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方案
所有步骤均遵循比萨大学伦理委员会的指导方针。
1. 受试者招募
- 根据研究的具体目标招募受试者群体（即正常受试者和/或患者、男性和/或女性、年轻人和/或老年人）。
2. 材料准备
- 制备一个软质颗粒；使用市售口香糖（材料表；初始硬度 = 20 Shore OO）。
- 制备一个硬质颗粒；使用硅橡胶颗粒（材料表；恒定硬度 = 60 Shore OO）30。
- 准备一个用于握力任务的减压球。使用聚氨酯泡沫制成的球（材料表；恒定硬度 = 30 Shore OO）30。
- 准备一个七巧板拼图（材料表；组件数量 = 7个），用于执行触觉任务。
3. 实验流程图
- 方案1的流程图
- 在认知（矩阵）测试中评估基线表现（参见第4.1节）（T0，对照）。
- 在静息状态下（不要求受试者进行任何活动）评估瞳孔大小（参见第4.2节）（T0，对照）。
- 在基于....
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结果
图4展示了将方案1应用于一名受试者（女性，46岁）时获得结果的代表性示例。在咀嚼（T7）硬质（从1.73 numb/s增至2.27 numb/s）和软质颗粒（从1.67 numb/s增至1.87 numb/s）后，PI值均迅速升高（图4A）。然而，30分钟后（T37），性能的提升仅在硬质颗粒条件下持续存在。另一方面，不进行活动和进行握力运动均对性能产生负面影响，PI值分别从1.73 numb/s下降至1.67 numb/s，以及从1.6 numb/s下降至1.53 numb/s；在30分钟后的最后一次实验评估中，观察到有恢复趋势。
如图4B所示，任务相关性瞳孔散大也观察到了定性上相似的变化。在此情况下，测量值由受试者静息时随机采集的单个样本组成。在触觉任务期间记录了两个样本，但第一个样本被舍弃。或者，在仪器的连续采集模式下，20秒内记录了.......
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讨论
本研究中介绍的实验方案探讨了感觉运动性三叉神经活动对认知功能的急性影响，以及蓝斑（LC）在此过程中的作用。该课题具有一定的相关性，因为：1）在衰老过程中，咀嚼功能的退化与认知能力下降相关32,33,34；保持口腔健康的人群较少出现神经退行性现象；2）动物模型中，咬合不正和拔牙可在海马和皮层水平诱导神经退行性改变35,36,37,38,39；3）蓝斑对大脑具有营养作用，可调节神经血管耦合，并抑制神经炎症及β-淀粉样蛋白的积聚11,
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究得到了比萨大学资助项目的支持。我们感谢 Paolo Orsini 先生、Francesco Montanari 先生和 Cristina Pucci 女士提供的宝贵技术支持，同时也感谢 I.A.C.E.R. S.r.L. 公司为 Maria Paola Tramonti Fantozzi 博士提供的博士后资助支持。最后，我们感谢 OCM Projects 公司在硬质颗粒的制备以及硬度和弹簧常数测量方面所做的工作。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗压球 | Artengo, Decathlon, 法国 | TB600 | |
| 口香糖 | Vigorsol, Perfetti, 意大利 | 市售产品 | |
| 红外摄像机-可穿戴式瞳孔测量仪 | Pupil Labs, 柏林, 德国 | Pupil Labs 头戴设备 | |
| 瞳孔测量仪 | CSO, 佛罗伦萨, 意大利 | MOD i02, 配下巴托架 | |
| 硅橡胶 | Prochima, 意大利 | gls50 | |
| 瞳孔检测软件 - 可穿戴式瞳孔测量仪 | Pupil Labs, 柏林, 德国 | Pupil Labs 头戴设备 | |
| 七巧板拼图 | Città del Sole srl, 米兰, 意大利 | 七巧板拼图 | |
| 可穿戴式瞳孔测量仪 | Pupil Labs, 柏林, 德国 | Pupil Labs 型号 | 框架尺寸：13.5 cm x 15.5 cm |
参考文献
- Hirano, Y., et al. Effects of chewing on cognitive processing speed. Brain and Cognition. 81 (3), 376-381 (2013).
- Hirano, Y., Onozuka, M. Chewing and cognitive function. Brain and Nerve. 66 (1), 25-32 (2014).
- Allen, A. P., Smith, A. P.
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重印与许可
