正常人漢字工作記憶功能磁共振腦激活區改變的研究

張 斌 張杰文 張淑玲 張道培 付勝奇 張紅菊△

1)鄭州人民醫院，河南 鄭州 450000 2)鄭州大學人民醫院神經內科，河南 鄭州 450003

·論著科研之窗·

正常人漢字工作記憶功能磁共振腦激活區改變的研究

張 斌1)張杰文2)張淑玲1)張道培1)付勝奇1)張紅菊2)△

1)鄭州人民醫院，河南 鄭州 450000 2)鄭州大學人民醫院神經內科，河南 鄭州 450003

目的探討正常人漢字任務下腦激活區的改變。方法對40例正常人進行漢字工作記憶功能磁共振掃描。結果漢字工作記憶任務下，編碼、保持及提取期均有額葉、楔前葉、楔葉、邊緣葉及扣帶回的正向激活，且有側腦室及腦脊液在編碼及保持期的正向激活和在提取期的負向激活。除共同激活腦區外，編碼期所有激活腦區均為正向激活，保持期正向激活腦區有中央前回、杏仁核、上后扣帶皮層(BA 31)，負向激活腦區有顳中回、頂葉、角回，提取期正向激活腦區有尾狀核。結論漢字任務下，腦激活區的改變除皮層及皮層下結構，還有側腦室及腦脊液的激活。

漢字工作記憶；功能磁共振；腦激活區

工作記憶指對信息和任務的短暫編碼和儲存，以便執行短暫任務，目前常通過工作記憶進一步研究正常人及不同疾病患者學習能力、記憶力、注意力等高級認知功能改變。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)依靠血氧變化成像，無創、無示蹤劑及放射性損害，且圖像采集速度快、影像清晰，時間、空間分辨率高而作為近年來研究高級認知功能的新興檢查手段。本實驗通過研究正常人漢字任務狀態下腦激活區改變，探討漢字工作記憶的腦加工機制。

1 對象與方法

1．1對象健康志愿者，年齡20～50歲，小學以上學歷、右利手，排除精神病史或吸毒、長期嗜酒史和不能配合檢查的患者。匹茲堡睡眠質量指數量表(PSQI)評分≤5分，漢密爾頓焦慮量表(HAMA)≤7分，漢密爾頓抑郁量表(HAMD)≤7分。

1．2方法

1．2．1 漢字工作記憶任務設計：實驗采用組塊設計模式，由深圳美德醫療電子技術有限公司的SA-9800腦功能視聽覺刺激系統的E-Prime軟件編寫刺激呈現程序、運行時同步記錄反應時間和正確情況。漢字記憶任務為日常常用漢字(以形近字較多)隨機出現，實驗以“+”開始，然后依次呈現3個不同的漢字，每個漢字之間間隔300 ms，出現時持續500 ms，然后屏幕顯示會顯示一個“?”，“?”持續時間在第一組至第三組分別為4 300/6 300/8 300 ms，最后出現要測試漢字，被試者判斷測試漢字是否屬于剛出現過的記憶組內的3個漢字之一，判斷時間1 600 ms(圖1)。

圖1 漢字工作記憶任務的ER實驗設計

1．2．2 fMRI數據采集方法：實驗采用德國Siemens Trio (Germany)3.0 Tesla超導型磁共振成像系統，在河南省人民醫院3.0T磁共振室進行，三維高分辨率磁化準備快速梯度回波成像3D MPRAGE序列行矢狀位覆蓋全腦掃描。MPRAGE掃描參數：TR/TE =2 000/30 ms，層厚4.0 mm，視野FOV=240 mm×100 mm，矩陣256×256，體素1 mm×1 mm×1.2 mm，掃描時間共7 min。

1．3數據處理使用SPM 8進行數據處理。

2 結果

2．1一般情況共收集健康志愿者40例，年齡(34.28±10.35)歲，受教育年限(13.85±4.40)a。所有病例資料完整，通過用SPM8進行頭動校正，頭動均控制在1 mm以內，正確率0.87±0.65。

2．2正常健康志愿者腦激活區改變見表1～3。

2．3正常健康志愿者腦激活區圖見圖2～4。

表1 編碼期腦激活區改變

注：P<0.001，體素簇≥10 voxels；MNI為蒙特利爾神經研究所；BA為大腦布魯德曼分區；“-”為未歸屬特定腦區

表2 保持期腦激活區改變

注：P<0.001，體素簇≥10 voxels；MNI為蒙特利爾神經研究所；BA為大腦布魯德曼分區；“-”為未歸屬特定腦區

表3 提取期腦激活區改變

注：P<0.001，體素簇≥10voxels；MNI為蒙特利爾神經研究所；BA為大腦布魯德曼分區；“-”為未歸屬特定腦區

注：顯著閾值設為P<0.001，體素簇≥10 voxels圖3 彩色區域即為漢字工作記憶保持期激活腦區

注：顯著閾值設為P<0.001，體素簇≥10 voxels圖4 彩色區域即為漢字工作記憶提取期激活腦區

3 討論

本研究顯示，以上3個時期中均有額葉、楔前葉、楔葉、邊緣葉及扣帶回的正向激活。注意力的集中與額葉高度相關，尤其BA9/10/11共同構成的前額葉皮層，其參與信息的記憶和回憶。已有研究發現，前額葉-海馬回路與工作記憶有關，前額葉信息主要通過扣帶回、海馬旁回、內嗅皮層等間接傳遞到海馬。Floresco等[1]通過一項八臂迷宮延緩任務研究發現，當可逆阻斷大鼠前額葉、海馬回路、可使大鼠的計劃功能和短時空間記憶能力受損，但可順利完成短時工作記憶。近期腦功能成像研究發現，楔前葉與許多高水平的認知功能有關，如情景記憶、自我相關的信息處理。當注視發生時，楔前葉與楔葉會激活[2]。楔前葉參與運動行為的發生[3-4]，當我們用手指按壓判斷鍵時產生了運動，楔前葉激活。漢字任務狀態下被試都在注視屏幕，故3個時期均有激活。邊緣葉研究最多的是與情緒記憶有關[5]，扣帶回也參與情緒反應，尤其處在緊張狀態下時，扣帶回的激活越明顯[6-8]，正常人在漢字任務的狀態下，都會有一定的緊張感，故考慮為邊緣葉及扣帶回被激活原因。

編碼期所有激活的腦區均為正向激活，除上述3個時期共同激活的腦區外，正向激活腦區還有中央前回(BA 4)、枕葉(BA 17/18/19)、島葉(BA 13)、海馬旁回(BA 34)、上前扣帶皮層(BA 32)、Broca區。中央前回(BA 4)為初級運動皮層，控制行為運動，同時與丘腦腹外側核相連，參與認知的過程。研究發現，中文的語言區更接近于大腦運動功能區[9]，故中央前回激活明顯。漢字任務時漢字信息的獲得主要通過視覺，枕葉為視覺中樞，故激活明顯。Broca區與語言的產生有關，Broca區激活明顯與漢字為一種語言文字有關。上前扣帶皮層負責決策制定的過程，集中注意力參與記憶認知的過程中不能缺少前扣帶回的參與[10]。海馬旁回參與記憶，且主要在近記憶及瞬時記憶中起重要作用，漢字工作記憶為一種語言相關的短時、瞬時記憶，故海馬旁回激活。

保持期除上述共同激活的腦區外，正向激活腦區為杏仁核、上后扣帶皮層(BA 31)。杏仁核和上后扣帶皮層均屬于邊緣系統的一部分。包括杏仁核、海馬旁回、扣帶回、胼胝體等結構組成的邊緣系統可形成一個閉合的環路在大腦半球的內側[11]，參與學習、記憶、情緒調節、行為產生及內臟活動等。考慮與此期漢字工作記憶是否也激活了邊緣系統記憶相關環路有關。

負向激活腦區為顳中回、頂葉、角回(BA 39)。顳中回及頂葉部分分葉為聽覺性語言中樞的一部分，主要為理解語言的意思。角回參與語義加工，主要側重于理解。保持期上述區域呈現負向激活，考慮此期大腦通過調控加強短時記憶，而不是加強理解。按照Mckiernan等[12]資源重分配學說，更多的血流流向正向激活腦區以進一步增強工作記憶的功能。

提取期除共同激活腦區外，正向激活腦區為尾狀核激活。尾狀核頭部參與分類處理記憶，具體與背外側額葉“認知”皮質-紋狀體回路相關，尾狀核尾部與“視覺”皮質紋狀體回路相關[13]，考慮提取期被試者需要對漢字進行分類處理，同時有視覺參與，故整個尾狀核均有激活。

上述3個時期均有側腦室與腦脊液的信號改變。隨著認知研究的進展，記憶的研究從皮層到皮層下結構、小腦再到腦干系統，本次漢字工作記憶更有了側腦室與腦脊液的信號改變。腦脊液主要由側腦室脈絡叢產生。目前已研究發現，腦脊液一些蛋白的改變與認知相關，如輕度認知功能障礙患者腦脊液tau蛋白及β淀粉樣蛋白水平發生改變。腦脊液內TNF-α因子的增加，可導致工作記憶和短時工作記憶的下降，而腦脊液及側腦室的信號改變考慮是否在漢字工作記憶發生時，會有某種物質在側腦室內脈絡叢內產生，然后匯入腦脊液，在編碼及保持期該物質起積極作用，增強上述兩個時期相應記憶的發生，在提取期記憶的形式發生改變，該物質靜息的內在處理被重新打亂，出現了信號改變或偽影。

通過上述研究發現，在漢字工作記憶中，大腦從皮層到皮層下結構均有激活，且出現了腦脊液及側腦室的信號改變。

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(收稿2017-07-21)

責任編輯：夏保軍

StudyofChinesecharacterworkingmemoryonthebrainactivationareabyusingfunctionmagneticresonanceinhealthypersons

ZhangBin﹡，ZhangJiewen，ZhangShuling，ZhangDaopei，FuShengqi，ZhangHongju

﹡ThePeople’sHospitalofZhengzhou，Zhengzhou450000，China

ObjectiveTo study the change in the brain activation area underwent Chinese characters working memory by using functional magnetic resonance (fMRI) in healthy persons．MethodsForty healthy persons underwent fMRI while performing Chinese characters working memory task by using block design．ResultsFrontal lobe，precuneus，cuneus，limbic Lobe，cingulate gyrus were activated in the period of encode，maintain and extraction under Chinese characters working memory，cerebro-spinal and fluid lateral ventricle were activated during the encode and maintain period and were negatively activated in extraction period．In addition to the common activated brain area，all activated brain regions were positively activated during encode period．During the maintain period，precentral gyrus，amygdale and cingulate cortex after 31 (BA) were positively activated and frontal and temporal brain regions and angular gyrus were negatively activated．During the extraction periods，the activated brain regions were caudate nucleus and Broca area．ConclusionIn addition to cortical and cortical and subcortical structures，cerebro-spinal and fluid lateral ventricle are also activated under the Chinese characters working memory．

Chinese characters working memory；fMRI；Brain activation area

R445.2

A

1673-5110(2017)19-0005-05

10.3969/j.issn.1673-5110.2017.19.002

國家“863”計劃資助項目(2012AA011603)；河南省科學技術廳科技計劃項目(132102610197，1321023100633)；河南省衛生廳重大科技項目(201202023)

△通信作者：張紅菊(1966—)，女，醫學博士，主任醫師，碩士生導師。研究方向：睡眠障礙。Email：hongjuz@sina.com