2024年01月15日发布 | 1702阅读

​神外历史上的今天|大脑绘图师让·塔莱拉什的诞辰

茉莉

脑医汇编辑

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1911年1月15日,113年前的今天,法国荣誉军团成员、世界上首个人类大脑绘图师、20世纪最伟大的神经外科医生之一让·塔莱拉什(Jean Talairach,1911-2007)诞生。从音乐才子到医学专家,从几何建筑到医学院讲堂,从法国荣誉军团成员到首任人类大脑绘图师,塔莱拉什充满传奇的一生为神经外科发展史画上了浓墨重彩的一笔。



1911年,塔莱拉什出生于法国与西班牙接壤的边境之城佩皮尼昂(Perpignan)。在钢琴家母亲的殷切期望下,塔莱拉什从小接受了专业的小提琴训练,沉迷于音乐的同时,他对建筑产生了热情,经常独自探索洞穴和废弃的矿井,绘制建筑平面图。也许是为了追随堂兄——著名精神病学家亨利·艾(Henri Ey,1900-1977)的脚步,这位醉心于几何学的年轻人爱上了古老的蒙彼利埃(Montpellier)医学院大厅中鼓舞人心的教学讲堂,毅然决定从事医学事业。1938年完成本科医学训练后,塔莱拉什来到巴黎求学,在极具声望的精神病学家让·德雷(Jean Delay,1907-1987)的指导下,于圣安妮医院(Hôpital Sainte-Anne)接受学业训练。圣安妮医院最初作为收容所,建立于17世纪,并在随后的一个世纪被改造成精神病院,塔莱拉什到来之际,皮埃尔·普切(Pierre Puech,1897-1950)医生刚刚创建神经外科,以探索精神疾病的外科治疗领域。塔莱拉什被顺利任命为精神科服务的临床主任,但1942年的一次会面改变了他的职业轨迹,并对神经外科领域产生了巨大影响。神经学家朱利安·德·阿朱里亚格拉(Julian de Ajuriaguerra,1911-1993)将塔莱拉什引荐给神经外科医生马赛尔·大卫(Marcel David,1898-1986)——他后来成为了圣安妮医院的第二任神经外科主任。随后,在大卫的指导下,他开始在布鲁斯医院(Hôpital Paul-Brousse)进行神经外科专业训练。


精神外科领域贡献

虽然塔莱拉什的名字通常与其立体定向领域的重大贡献联系在一起,但是他的最初贡献在于两个医学领域的交汇处——精神外科领域。塔莱拉什在职业生涯之初,神经系统抑制剂还没有问世,葡萄牙医师安东尼奥·埃加斯·莫尼兹(António Egas Moniz,1874-1955)在1935年首次实施的前额叶切除术正在普及(推荐阅读:《神外历史上的今天|不世之材Egas Moniz与脑白质切除术的渊源》)。在塔莱拉什的新导师大卫的帮助下,两人继续在巴黎的几家医院进行了多次前额叶额叶切除术,结果好坏参半。秉着塔莱拉什深厚的精神病学背景,他对这种技术持批评态度,还曾引言道,“精神外科领域太重要了,不能只把它留给神经外科医生。”塔莱拉什受到堂兄——圣安妮医院的精神病学家亨利·艾关于器官动力学理论的影响,该理论采用了中枢神经系统组织的杰克逊框架(Jacksonian framework),并将其应用于心理学。在感觉运动系统的背景下,杰克逊描述了从感觉器官和运动神经元一直到高级中心(即运动前区和感觉联合皮层)的渐进层次,在这些更高的层次上,定位理论不再适用,即功能不是由独立的区域表现出来的,而是在分散的网络中表现出来的。艾将这一理论应用到心理学中,认为精神疾病具有复杂的病理表现,如幻觉、意识和行为的改变,是具有弥漫性代表的高级功能中枢紊乱的结果。考虑到这一点,塔莱拉什认为,埃加斯·莫尼兹关于大体切除或切断病理中涉及的大部分神经网络(即额叶切除术或脑白质切除术)可能是没有必要的。相反,以单个神经结节或神经纤维束为目标进行切除可能是一种更好的替代方法。经过潜心研究,塔莱拉什在1949年首次描述了双侧前囊切除术在精神疾病中的应用,为精神外科领域翻开了不可或缺的新篇章。讽刺的是,同一年,埃加斯·莫尼兹因额叶切除术获得了诺贝尔医学奖。1952年,塔莱拉什的首任导师,圣安妮医院的让·德雷和同事皮埃尔·德尼克(Pierre Deniker,1917-1998)发现了第一种神经系统抑制剂——氯丙嗪。精神药理学的发展和公众舆论的变化,以及其他因素导致了精神外科的衰落,塔莱拉什将注意力充分地转向了立体定向和后来的癫痫外科工作。


立体定向领域

20世纪初,英国神经学家兼外科医生维克托·霍斯利(Victor Horsley,1857-1916,推荐阅读:《神外历史上的今天|“第一位神经外科医生”的诞辰》)和英国生理学家罗伯特·克拉克(Robert Clarke,1850-1926)开发了第一个用于动物的基于三维笛卡尔坐标系的立体定位仪——霍斯利-克拉克装置(Horsley-Clarke apparatus),通过对大脑进行精确的电解损伤实验,探索并促进了对动物小脑的研究。仅在十年后即1918年,加拿大神经学家奥布里·穆森(Aubrey Mussen)建立了第一个人类立体定位仪,但直到20世纪40年代,在人类大脑中使用颅内电极的想法仍遭受对人类大脑侵犯的伦理抵制。在塔莱拉什去世后不久出版的一本书中,他叙述了对人类大脑立体定向探索中从理论到实践阶段的过程。1965年,塔莱拉什及其导师大卫、神经学家Henry Hécaen和De Ajuriaguerra参加了由著名神经学家让·莱尔米特(Jean Lhermitte,1877-1959)在布鲁斯医院举办的一场会议,莱尔米特详细讲述了他在丘脑疼痛综合征方面的非凡造诣:“在对异常运动或精神障碍进行干预时,会有一种错误的精准感,以及在对一些难以捉摸的致痫灶进行经脑追踪时所感到的不适。”与会者共同设定了一项制造一种特殊设备的目标,这种设备可以对人脑深层结构定位进行精确定位,以便进行有必要的切除术。


当时,神经成像仅限于单平面X射线影像,仅用于识别骨性颅骨标志。通过室内和血管内造影剂的填充使用,可实现心室系统和脑动脉供应勾画,因此这些结构能实现直接定位。但当涉及到大脑深部结构丘脑核,定位变得相当错综复杂。深灰色核团和大脑皮层的定位只能通过这些可见结构进行间接定位。有趣的是,“直接定位”一词在现代功能外科中有不同的含义,如今,“直接定位”通常指通过识别用微电极记录获得的典型神经元放电模式,以实现生理定位。塔莱拉什受托开发一种可靠的、间接的方法来定位深灰核团,他与圣安妮医院的常驻技师M. Sabbaton签约,帮助他建立一个符合他的规格的立体定位仪。当然,对于究竟是谁发明了第一个人类立体定位仪,仍然存在很多争议;事实上,世界各地的功能性神经外科医生都尝试与当地工程师合作,开发自己的装置,供人类使用;瑞典的拉尔斯·雷克塞尔(Lars Leksell,1907-1986,推荐阅读:《神外历史上的今天|致敬立体定向神经外科之父Lars Leksell》)、德国的Mundinger、日本的Narabayashi、加拿大的Bertrand和美国的Roberts都开发了自己的原型。


塔莱拉什立体定位仪


准确可靠的成像是精确间接定位的关键,基于这样的理解,塔莱拉什装置的每项设特征都是精心设计的。该装置的中心特征是双网格系统,网格被安装在垂直于X射线路径的装置边缘上。塔莱拉什装置的头部固定允许在成像及治疗期间准确地重新定位,这一点在分期手术中被证明大有裨益。塔莱拉什按照确定规格建造出一所手术室,应用远程立体放射学加以辅助,成功开发了一套准直远程放射照相系统,从而进一步减少图像的失真和放大率。1948年,圣安妮团队首次将这套立体定位仪应用于丘脑切开术,以治疗中枢疼痛综合征。多年来,圣安妮团队使用这种设备进行了无数次立体定向干预,包括肿瘤活检、间质照射、热损伤、立体脑电图(SEEG)和经鼻蝶入路手术。


1957年,塔莱拉什及其同事利用立体定位仪,通过研究100具尸体的大脑,成功得出第一套人类深灰色核团的立体定向图谱。尽管在霍斯利和克拉克等使用的动物立体定位图谱中,颅骨标志的使用是金标准,但是颅骨标志作为间接定位的参考标准而言被认为不够可靠,不仅因为误差容限较低,而且人类之间的结构差异比实验室动物之间的结构差异更大。塔莱拉什引入了前连合(anterior commissure,AC)和后连合(posterior commissure,PC)作为标准参照点,因为这些参考点可以在对比脑室造影中可靠地识别出来,并且非常接近深灰核团。由此催生了塔莱拉什坐标空间,即由AC的原点、AC-PC线的Y轴以及从AC开始分别沿水平面和垂直线垂直延伸的X轴和Z轴构成。1958年,塔莱拉什荣升圣安妮医院新成立的立体定位和功能神经外科服务部门的负责人,在这里,他与匈牙利神经外科医生伽柏·西拉德(Gábor Szikla)一起,创建了第二本聚焦端脑的图集。


脑室造影塔莱拉什坐标空间(上图);比例网格系统(下图)


1988年,塔莱拉什和皮埃尔·图尔努(Pierre Tournoux)共同出版了第三本涵盖了整个人类大脑的图集。认识到患者之间的神经解剖学差异,他们发明了一个比例网格系统,使塔莱拉什空间中的任意点都能转换到患者特定的坐标空间中,反之亦然。塔莱拉什认为比例网格系统的发展是一个完整立体定位系统的必要组成部分,主要有两个原因。首先,比例网格系统的加入允许考虑整个大脑的体积,而立体定位系统只关注深灰色核团或孤立地关注颞叶,例如,每个系统都有各自的参考点系统。而全脑立体定位系统是必要的,特别是SEEG工作中。其次,比例网格系统允许立体定位系统超越神经外科干预对个体的指导,它为跨个体的功能定位研究提供了一个可行的工具,使得任何个体特定的点都可以抽象到一个标准化的空间中。由于他在立体定向方面的突出贡献,塔莱拉什于1989年被法国科学院(Académie des Sciences)授予了化学和自然科学大奖。


塔莱拉什和皮埃尔·图尔努于1988年所获的大脑图集,由于若干因素使其应用受到了限制。最重要的原因是,该图集是基于死后大脑的单方面所得,尽管引入了比例网格系统,还是使其普适性受到限制。此外,图集由2D形式组成,没有相应的3D展示,在当今的数字时代,严重限制了图集在数字化MRI分析和功能定位中的应用。20世纪90年代,蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute,MNI)的Evans等人描述了一种新的坐标空间——MNI空间,该坐标空间如今被广泛应用。MNI空间仍然保留AC作为起点,与塔莱拉什图谱不同的是,MNI空间是基于数百个大脑MRI扫描的汇总平均值。尽管塔莱拉什空间存在局限性,它仍然是标准的通用参考系统;对立体定向神经外科医生而言,塔莱拉什与皮埃尔·图尔努及伽柏·西拉德开发的系列图集数据为成像软件提供了基础,使神经外科手术中的治疗目标和手术工具位置得以精确了解,为脑瘤、癫痫或某些运动异常的神经外科治疗提供保障。


二战轶事

20世纪30年代,纳粹入侵巴黎。最初,塔莱拉什在军队医院服役。随后,塔莱拉什及其好友兼同事精神科医生René Suttel被法国抵抗运动共同招募,绘制地下墓穴系统图以用来储存弹药和补给。Suttel对地下系统有着无法克制的迷恋,而塔莱拉什则对建筑充满热情,对几何有着敏锐的感觉。这对朋友每晚都去远足,并发现了通往巴黎圣安妮地下塞纳河以南的地下墓穴的入口,最终绘制出了一幅细致的地下系统地图。白天,塔莱拉什在研究神经解剖学,并发展了几年后产生立体定位图谱的基本原理,而晚上,他在研究一种完全不同的地图,这张地图详细描述了大约100公里的地下隧道,仔细地标明了交叉点、独特的特征及参考点,以便于导航。据报道,这些地图被用来选择抵抗军总部的地堡位置。由于这些战时效力,塔莱拉什和Suttel双双被授予法国最高军事荣誉十字勋章,后来还被授予法国最高的军事和公民荣誉勋章。


由塔莱拉什和Suttel制作的巴黎地下墓穴手绘地图


癫痫外科及SEEG的发展

20世纪上半叶,蒙特利尔神经学研究所(MNI)的怀尔德·彭菲尔德(Wilder Penfield,1891-1976)和赫伯特·贾斯帕(Herbert Jasper,1906-1999,推荐阅读:《神外历史上的今天|癫痫研究的千里之始》)用基于脑皮质电图(electrocorticography,ECoG)的蒙特利尔方法(Montreal method)革新了癫痫手术。该方法基于癫痫发作症候学和发作间尖峰模式之间的关联,利用表面记录确定癫痫发作区域。彭菲尔德和贾斯帕将致痫区定义为癫痫发作的起始部位及其主要组织,在没有宏观可见的致痫性病变或伴有岛叶癫痫的患者中,仅使用发作间期ECoG。尽管如此,塔莱拉什和癫痫学家Jean Bancaud对其明确描述致痫区的能力并不满意,他们强调不仅要了解癫痫发作活动的起源,还要了解其在周围组织中的传播模式,以及确定它最终在何时何地导致临床症状。癫痫网络的独有特征,使得在适当和安全的情况下,可以切除致痫性组织的皮层,以及切断关键传播通路。对癫痫发作的动态生理学描述,需要多个精确且安全放置的多导联脑内电极以对清醒患者进行发作记录,这正是塔莱拉什的立体定位方法所实现的。


塔莱拉什和Bancaud开发的圣安妮疗法(Sainte-Anne method)分两个阶段:“侦察”和“SEEG勘探”,试图将解剖-电-临床关联起来。在第一阶段,患者将接受全面的临床检查,从而对发作症候学以及头皮脑电图(EEG)进行详细评估。然后患者将被安装上立体定位仪,并在专门的立体定向手术室进行一系列正位及侧位成像,包括分段脑电图、脑室造影和动脉造影。所有的图像都是在半透明的纸上绘制而成,上面标注了框架的参考点,从而将信息传输到两个按比例的主迹线上。应用直接、间接定位原则和比例网格系统,将患者的解剖结构映射到迹线上。然后,多学科团队根据患者癫痫发作的症候学和脑电图记录对该解剖进行评估,设计一种针对患者的、假设驱动的、考虑安全性的SEEG导联放置方案,同时避免在动脉造影上显示脑动脉。


癫痫手术部位:1=致痫带;2=刺激区;3=癫痫传播路径


第二阶段通常在第一阶段的15天后进行,首先更换立体定位仪,并确认其位置与之前完全相同。按照术前计划放置SEEG多导联深度电极,并对其位置进行验证。然后就是静候清醒病人的癫痫发作。在这一时期,塔莱拉什说过,“这种等待需要很大的耐心,但值得注意的是,患者意识到医生为战胜这种通常令患者恐惧的疾病所做的努力后,不仅保持了耐心,而且还为研究做出了贡献。同样值得注意的是,当病人能够癫痫发作时,他们分享了医生的喜悦,这表明他们正在实现目标,皮质切除手术可能成功,他们可能会一起克服疾病。”虽然急性记录是当时的手术规则,但慢性记录(即电极留在原位)也偶尔进行,急性记录受限于其较短的脑电图记录时间跨度,通常为6~12小时,且往往仅有发作间歇性活动或一次发作。一旦电极被植入,手术团队通常会撤退到手术室休息室,等待因葡萄酒和奶酪引起的癫痫发作。患者档案,包括所有收集到的数据,将由研究小组进行评估,以构建所述的解剖-电-临床关联,在这一点上可以决定治疗干预措施。在立体定向“侦察”的基础上接受了明确的手术治疗、并采用该方法评估的34例患者中,恢复或改善率为79%。在随后的几十年里,圣安妮团队继续使用这种方法评估和治疗了数百名癫痫患者。尽管神经成像和数字化手术计划的进步可能已经显著改变了第一阶段的实施方式,但塔莱拉什和Bancaud的研究方法所遵循的原则仍被他们的学生沿用,并仍是现代癫痫手术的核心。


圣安妮医院里的癫痫手术,左图:塔莱拉什在一个癫痫病例手术室中;右图:根据MNI模型建造的SEEG手术室和俯视室


作为一名人文主义医生,塔莱拉什为人谦虚,在很大程度上不为他同时代的人所知,他认为“一个人不能通过别人的痛苦而致富”他坚持不为其发明的立体定位仪申请专利。为了给病人提供更好的治疗,他慷慨投入;为了让圣安妮的学生们得到丰富的知识,他倾囊相授。1978年从临床实践退休之际,他仍致力于立体定位的工作,1993年出版了第四本大脑图集,直到2007年逝世之际,他的最后一本意义非凡的著作——关于圣安妮医院的神经外科研究史的书籍——《人脑立体定向研究的记忆》问世。塔莱拉什把毕生的心血和热情全部奉献给伟大的医学事业,并身体力行地体现在临床和学术生涯的各个方面,为世界留下了现代立体定位和功能神经外科的基本工具、方法和概念框架,以及以病人为本的宝贵的医学人文精神。


下面,让我们在这个特殊的日子里,从脑医汇平台海量内容中,遴选若干立体定向技术立体脑电图相关的课程,以飨各位神外同道。


立体定向技术立体脑电图相关的课程


01

【宣武夜校】王亚明教授:立体定向技术在鞍区、脑干病变诊断治疗中的作用

02

关宇光教授:立体定向脑电图在癫痫评估诊断中的应用

03

赵国光教授:癫痫外科之立体定向脑电图(SEEG)的热点问题与中国实践


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