注意缺陷多動(dòng)障礙執(zhí)行功能缺陷：基于Stroop效應(yīng)的fMRI研究

劉加成，儲(chǔ) 興，邢 炯

（1．江蘇省分子影像與功能影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院放射科，江蘇 南京 210009；2．無(wú)錫市第三人民醫(yī)院，江蘇 無(wú)錫 214001）

目前注意缺陷多動(dòng)障礙 （Attention deficit and hyperactivity disorder，ADHD） 的病因并不清楚，但大多數(shù)研究者認(rèn)為執(zhí)行功能缺陷是ADHD的核心缺陷，其中最主要的是Barkley提出的執(zhí)行抑制模型[1]和Sergeant提出的認(rèn)知能量模型[2]。執(zhí)行功能是對(duì)感覺、理解、運(yùn)動(dòng)、注意和記憶等一般認(rèn)知過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以靈活、優(yōu)化的方式實(shí)行一個(gè)特定目標(biāo)的認(rèn)知過程[3－6]。有關(guān)ADHD的神經(jīng)科學(xué)研究主要集中在執(zhí)行抑制缺陷，雖然各項(xiàng)研究中病例的年齡、病程和是否應(yīng)用藥物治療等方面存在差異，結(jié)果也并不完全相同，但陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)相對(duì)集中在額葉、扣帶回和基底節(jié)等區(qū)域，認(rèn)為ADHD患者的額葉－紋狀體回路功能失調(diào)，不能征調(diào)相關(guān)的功能區(qū)完成此類任務(wù)[5]。近來研究顯示，ADHD病兒在進(jìn)行執(zhí)行功能相關(guān)任務(wù)時(shí)，額葉等腦區(qū)存在激活增強(qiáng)[7－9]。這些證據(jù)提示ADHD病兒缺少執(zhí)行功能處理技巧，執(zhí)行效率較為低下，需要征調(diào)更多腦區(qū)或更強(qiáng)腦激活才可能完成相關(guān)的任務(wù)[2，10]。

因此，我們提出假說，認(rèn)為存在與執(zhí)行功能及執(zhí)行效率相關(guān)的腦激活區(qū)，在這些腦區(qū)，ADHD病兒的腦激活量對(duì)應(yīng)的行為學(xué)效應(yīng)量低于正常對(duì)照。在前期研究中，我們通過建模Stroop色詞任務(wù)反應(yīng)時(shí)與腦激活，可以分析腦功能區(qū)的行為學(xué)效率。本研究擬通過Stroop色詞范式和這一分析方法探討ADHD病兒執(zhí)行功能相關(guān)的腦機(jī)制，驗(yàn)證上述假說。

1 資料與方法

1．1 研究對(duì)象

病例組，13名ADHD男性患兒，年齡11～17歲，均接受正常同齡人教育；對(duì)照組，13名年齡與受教育程度均與患兒匹配的正常男兒。所有被試患兒母語(yǔ)均是漢語(yǔ)，無(wú)色盲、色弱，中文問卷確定均為右利手。ADHD的診斷由臨床精神科醫(yī)生根據(jù)DSM－Ⅳ診斷。所有病人及監(jiān)護(hù)人被告知實(shí)驗(yàn)過程，并簽署知情同意書。

1．2 心理學(xué)過程

所使用的Stroop色詞任務(wù)是中文版三色Stroop色詞范式。分兩組測(cè)試，每組測(cè)試由160個(gè)任務(wù)試次，每個(gè)試次呈現(xiàn)持續(xù)3 s。每個(gè)試次由兩部分組成，前1．5 s是刺激部分，在黑色背景上顯示漢字“紅”、“綠”或“藍(lán)”，所呈現(xiàn)漢字字體的顏色是紅、綠或藍(lán)色中的一種，后1．5 s時(shí)在黑色背景上顯示白色的“+”，“+”目的是為了使被試保持注意。被試要求對(duì)前1．5 s顯示的漢字字體的顏色命名，并做出相應(yīng)的按鍵反應(yīng)。兩組任務(wù)，一組是高沖突任務(wù)，是由112個(gè)一致性試次和48個(gè)不一致試次組成；另一組是高策略任務(wù)，由52個(gè)一致性試次和108個(gè)不一致試次組成。

在實(shí)驗(yàn)前讓被試熟悉行為學(xué)范式及實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)過程中，要求被試對(duì)每次呈現(xiàn)的漢字，盡可能快而準(zhǔn)確的做出反應(yīng)，忽略漢字的詞義而對(duì)字體的顏色做出命名，并按動(dòng)相應(yīng)的反應(yīng)鍵。被試使用右手食指、中指和左手食指按鍵。為消除因左右手不同手指按鍵速度不同對(duì)反應(yīng)時(shí)間記錄的影響，隨機(jī)制定按鍵與Stroop范式中字體顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1．3 MRI數(shù)據(jù)采集

掃描設(shè)備使用Siemens Trio 3－Tesla MR掃描儀。功能數(shù)據(jù)掃描采用EPI序列，軸位掃描，掃描參數(shù)：TR 1 500 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角 90°，層厚 3．0 mm，層數(shù) 24，像素 64×64，視野 220 mm×220 mm。 掃描范圍覆蓋整個(gè)腦，掃描順序?yàn)閺娘B底至顱頂，隔層掃描。掃描與心理學(xué)測(cè)試同步。

1．4 數(shù)據(jù)分析

對(duì)行為學(xué)數(shù)據(jù)，分析ADHD病兒與正常對(duì)照兒童的反應(yīng)正確率的差異。去除錯(cuò)誤反應(yīng)任務(wù)，比較兩種條件下ADHD病兒與正常對(duì)照兒童執(zhí)行兩種任務(wù)反應(yīng)時(shí)間的差異。考慮個(gè)體差異引起的行為學(xué)數(shù)據(jù)的隨機(jī)效應(yīng)，應(yīng)用線性混合模型（線性隨機(jī)效應(yīng)模型）建模，方差分析（Analysis of variance，ANOVA）檢測(cè)行為學(xué)差異。

功能數(shù)據(jù)先依據(jù)一般的預(yù)處理過程進(jìn)行處理，之后去除錯(cuò)誤反應(yīng)對(duì)應(yīng)的影像。以t檢驗(yàn)推斷病例組與對(duì)照組在高沖突以及高調(diào)整條件下執(zhí)行不一致任務(wù)的腦激活差異。進(jìn)一步依據(jù)Liu等[11]方法建立模型，計(jì)算反應(yīng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的腦激活的效應(yīng)量，比較病例組與對(duì)照組在兩種調(diào)整條件下執(zhí)行不一致任務(wù)的效應(yīng)量b1，經(jīng)t檢驗(yàn)確定執(zhí)行效率存在差異的腦功能區(qū)，并比對(duì)腦激活和效應(yīng)量的組間差異圖，發(fā)現(xiàn)重疊區(qū)。

2 結(jié)果

2．1 行為學(xué)結(jié)果

兩組被試行為學(xué)結(jié)果，ANOVA分析顯示病例組與對(duì)照組的反應(yīng)正確率無(wú)顯著性差異（P＞0．05）。

去除反應(yīng)錯(cuò)誤試次，對(duì)反應(yīng)正確試次進(jìn)行行為學(xué)分析。病例組、對(duì)照組執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間分別為 0．75 s （SD=0．26 s） 和 0．704 s （SD=0．200 s），執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間分別為0．78 s（SD=0．2 s）、0．67 s（SD=0．20 s）。 隨機(jī)效應(yīng)模型22×2（群組×調(diào)整條件一致性）ANOVA分析，結(jié)果顯示不同調(diào)整條件，任務(wù)一致性之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0．000 1）， 兩組被試之間無(wú)獨(dú)立效應(yīng)差異 （P＞0．05），但群組與調(diào)整條件、任務(wù)的一致性之間均有交互作用（分別為P＜0．02、P＜0．000 1），任務(wù)調(diào)整條件與一致性之間也存在交互作用（P＜0．001）。分別比較病例組與對(duì)照組在不同調(diào)整條件下執(zhí)行不一致任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間的差異，顯示病例組反應(yīng)時(shí)間均高于對(duì)照組（高沖突不一致：t887=2．58，P=0．01；高調(diào)整不一致：t2080=12．12，P＜0．000 001）。

2．2 影像學(xué)結(jié)果

執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)時(shí)，與對(duì)照組相比，病例組在前額葉、顳葉、頂葉、小腦有異常激活區(qū)（圖1，F(xiàn)DR＜0．05）；在執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)時(shí)，病例組在額葉、頂葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)及小腦等腦區(qū)的激活較對(duì)照組增高（圖 2，F(xiàn)DR＜0．05）。 而經(jīng)全腦 FDR 矯正后，未檢出低激活區(qū)。

負(fù)效應(yīng)量絕對(duì)值越大，對(duì)應(yīng)效率越高，即一定腦激活量對(duì)應(yīng)更快的反應(yīng)，正效應(yīng)量絕對(duì)值越大，對(duì)應(yīng)效應(yīng)量越小。基于體素的分析顯示多個(gè)腦區(qū)效應(yīng)量存在差異如表 1 所示（P＜0．001，體素＞10），提示病例組在各檢出腦區(qū)效率減低。與病例組－對(duì)照組的激活圖比較發(fā)現(xiàn)，右側(cè)背外側(cè)前額葉（MNI=－36，42，33）在執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)時(shí)有重疊區(qū)域（圖3a），前部扣帶回（MNI=0，52，9）在執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)時(shí)有重疊（圖3b）。

圖1 執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)時(shí)，病例組腦激活區(qū)域高于對(duì)照組（FDR＜0．05，體素＞10）。 圖2 執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)時(shí)，病例組腦激活區(qū)域高于對(duì)照組（FDR＜0．05，體素＞10）。Figure 1. The regions exhibiting higher activities in the patients compared with the healthy controls during the high－conflict incongruent tasks(FDR＜0．05,cluster size＞10)． Figure 2. The regions exhibiting higher activities in the patients compared with the healthy controls during the high－adjustment incongruent tasks(FDR＜0．05,cluster size＞10)．

表1 腦激活效應(yīng)量存在組間差異腦區(qū)

圖3 執(zhí)行不一致任務(wù)時(shí)，腦激活與腦效應(yīng)量均有組間差異的重疊區(qū)。圖3a：執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)時(shí)重疊腦區(qū)；圖3b：執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)時(shí)重疊腦區(qū)。Figure 3. The clusters overlaying the regions with group differences of activitiesand efficienciesduring the incongruent tasks．Figure 3a:the overlay during the high－conflict incongruent tasks;Figure 3b:the overlay during the high－adjustment incongruent tasks．

3 討論

Stroop任務(wù)的執(zhí)行體現(xiàn)了人腦在執(zhí)行控制中自上而下的調(diào)整機(jī)制，Stroop效應(yīng)可作為效應(yīng)器測(cè)試被試的執(zhí)行功能的調(diào)整機(jī)制。從行為學(xué)上看，ADHD病兒在執(zhí)行高沖突、高調(diào)整條件下一致、不一致任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間均長(zhǎng)于正常對(duì)照組。值得關(guān)注的是，與正常對(duì)照組任務(wù)的調(diào)整條件和任務(wù)的一致性之間存在顯著交互作用，而ADHD組兩種因子間無(wú)交互作用，即在執(zhí)行高調(diào)整條件下不一致任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間沒有縮短，說明在刺激呈現(xiàn)過程中根據(jù)刺激內(nèi)容調(diào)整并保持注意定勢(shì)的能力弱，在行為學(xué)上表現(xiàn)為執(zhí)行功能低下[6，12－13]。

本研究顯示ADHD病兒在執(zhí)行不一致任務(wù)時(shí)，在Stroop任務(wù)執(zhí)行中起了重要作用的腦區(qū)包括前扣帶回、背外側(cè)前額葉、外側(cè)額回等，以異常激活為主。Banich等[12]的研究也有類似發(fā)現(xiàn)，ADHD病兒以右側(cè)額中回、扣帶回及顳葉、枕葉多個(gè)腦區(qū)存在較大區(qū)域的異常激活，而僅有左側(cè)額中回存在小片區(qū)域的激活減低。多項(xiàng)研究顯示強(qiáng)迫癥病人和抑郁癥病人完成執(zhí)行功能任務(wù)時(shí)額葉以異常激活為主[14－17]。可能的解釋是這些病人需要調(diào)動(dòng)更多的額葉腦區(qū)完成相關(guān)任務(wù)[2]。背外側(cè)前額葉與前扣帶回作用不同，背外側(cè)前額葉在自上而下的執(zhí)行控制過程中起重要的作用，而背側(cè)前扣帶回參與沖突應(yīng)答的過程。在高沖突任務(wù)中，對(duì)沖突的應(yīng)答可能是執(zhí)行任務(wù)的瓶頸[18]。本研究數(shù)據(jù)顯示，ADHD病兒在執(zhí)行高沖突條件不一致任務(wù)中，背側(cè)前扣帶回表現(xiàn)為高激活和低效率，可能提示ADHD病兒的沖突應(yīng)答缺陷。而在執(zhí)行高調(diào)整不一致任務(wù)中，任務(wù)的沖突性降低，背側(cè)前扣帶回瓶頸作用減低，而背外側(cè)前額葉參與的自上而下的執(zhí)行控制作用更為突出，影響任務(wù)的完成，本研究中ADHD病兒表現(xiàn)為外側(cè)額葉異常激活而效率減低，可能也反映了ADHD病兒自上而下執(zhí)行控制功能的缺陷。

另一方面，和本研究結(jié)果類似，Banich等[12]也發(fā)現(xiàn)ADHD病人在執(zhí)行不一致任務(wù)時(shí)的行為學(xué)－腦激活分離，即相比于對(duì)照組，病例組腦激活區(qū)域較多，而執(zhí)行任務(wù)的正確率較低。我們通過反應(yīng)時(shí)間相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論病例組還是對(duì)照組，在執(zhí)行高沖突不一致任務(wù)時(shí)，前部前扣帶回區(qū)域活性越高，反應(yīng)越快，即執(zhí)行效率越高。但ADHD組病兒前部前扣帶回的激活與反應(yīng)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值低于對(duì)照組，說明ADHD病兒的執(zhí)行效率低下，也提示ADHD病兒需要更強(qiáng)的激活才能達(dá)到對(duì)照組的執(zhí)行效率[2]。

此外，本研究還在ADHD病兒頂葉、顳葉、丘腦、基底節(jié)、小腦等區(qū)域檢測(cè)到異常激活區(qū)。強(qiáng)迫癥病人在執(zhí)行Stroop任務(wù)時(shí)，小腦也有異常激活出現(xiàn)。Stroop任務(wù)需要調(diào)用視覺、運(yùn)動(dòng)等多項(xiàng)功能，小腦激活和運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)。這些異常激活也說明病人在完成任務(wù)時(shí)需要更多更強(qiáng)的征調(diào)腦的相關(guān)功能區(qū)。其他研究顯示ADHD病人在不同執(zhí)行功能相關(guān)任務(wù)中，頂葉既可能是異常激活，也可能是激活減低。如在N－back任務(wù)中激活異常減低[19]，在數(shù)字廣度任務(wù)中激活異常增高[9]。這可能是受任務(wù)管理調(diào)控所致，不同任務(wù)表現(xiàn)不同的活性。

綜上所述，可以認(rèn)為ADHD病兒執(zhí)行功能相關(guān)腦功能區(qū)存在異常激活或激活減低，但執(zhí)行控制和沖突應(yīng)答的核心區(qū)域前額葉多個(gè)功能區(qū)效能減低，需要征調(diào)更多的腦功能區(qū)或是更強(qiáng)的活性，才能夠完成相關(guān)的執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)然，本研究的納入樣本量較小，統(tǒng)計(jì)效能有限，難以對(duì)腦功能不同任務(wù)態(tài)和分組間的交互作用進(jìn)行有效的分析。