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利用fMRI研究正常人执行Stroop任务的脑功能网络

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维普资讯 http://www.cqvip.com 590 e,Jun 2008,Vol 23,No.6 放射学实践2008年6月第23 ̄J:g 6,1t)]Radiol Practic——中枢神经影像学 利用fMRI研究正常人执行Stroop任务的脑功能网络 张龙江,尹建忠,祁吉 【摘要】 目的:利用功能磁共振成像(fMRI)探讨正常人执行汉字Stroop任务时任务相关的激活与去激活脑功能网 络。方法:14例正常志愿者接受了Stroop任务的组块式fMRI,扫描序列为平面回波血氧水平依赖(BOI D)序列,利用统 计参数图(SPM99)软件进行图像分析。所有检查完毕后,对受试者进行Stroop的行为学测试,记录反应时间及错误数。 结果:正常对照组认字试验的反应时间与颜色命名试验之间差异有显著性意义(t一一8.188,P一0.000)。对照状态下,正 常人出现后扣带回皮层、中线前额叶皮层、背侧前扣带回的去激活。正常人执行颜色命名任务较认字任务时出现更多脑 区的激活,且其激活强度较第1个任务的脑区激活强度增加。执行颜色命名任务时动用了双侧额中回、左侧额上回、左侧 额下回及双侧顶叶。结论:本研究进一步证实静息状态下存在大量的神经元活动,其与任务相关的脑功能网络共同维持 正常的认知活动。 【关键词】磁共振成像;额叶前皮质;扣带回 【中图分类号】R445.2【文献标识码】A【文章编号】1000—0313(2008)06—0590—05 Brain Functional Network for Normal Human Performing Stroop Task Studied by Using fMRI ZHANG Long-j iang,YIN Jian—zhong。QI Ji.Department of Radiology,Tianjin First Central Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin 300192,P. R.China [Abstract]Objective:To explore neural basis of cognitive control in normal subjects using functional MRI(fMRI). Methods:Fourteen healthy volunteers underwent this fMRI study with modified Stroop task used as target stimulus.Image analysis was performed using statistical parameter mapping 99.After fMRI examinations were over,behavioral Stroop tests were performed.Overall reaction time and error number were recorded,respectively.Results:Heahhy volunteers performed faster incongruous word—reading task than incongruous color-naming task( 一一8.188。P一0.ooo).Posterior cingulate cor— tex,midline prefrontal cortex and anterior cingulate cortex were deactivated in the control state.Heahhy volunteers activa— ted more brain areas when performing incongruous color-naming task than incongruous word—reading task,and activation in— tensity was strengthened for the brain areas appeared in the incongruous word-reading task.When they performed incongru— OUS color-naming task,bilateral middle frontal gyrus,left superior frontal gyrus,left inferior frontal gyrus and bilateral pari— etal lobes were activated.Conclusion:This study further demonsfrates the presence of a large amount of neural activations in the resting state:the combination between the task-induced deactivation and activation maintains norma1 cognitive activa— tions. [Key words] Magnetic resonance imaging;Prefrontal cortex;Gyrus cinguli 经典的字色干扰(Stroop)任务是神经心理学、认 知科学及临床心理学等研究领域普遍应用的一种试验 材料与方法 范式,也是有关认知控制研究的样本范式,要求受试者 2005年7月~2006年2月共14例健康志愿者自 命名单词的印刷色。利用Stroop任务进行的功能磁 愿参加本研究,均为右利手,男10例,女4例,年龄 共振成像(fMRI)的研究同时显示,在进行一致的试验 24~58岁,平均42岁。均无精神性疾病、无全身性疾 (例如“红”字用红色书写)时扣带回不出现明显激活, 病和其他可能影响脑结构和功能的不良生活习惯(如 而进行不一致(如“红”字用绿色书写)的试验时,因为 酗酒)和药物滥用史。 存在冲突检测扣带回的激活明显增加[1’ 。本研究的 使用Marconi公司的1.5T超导MR扫描仪,标 目的即是研究正常人执行汉字Stroop任务的任务相 准正交头颅线圈。在获得三平面定位像后,以正中矢 关的激活与去激活的特点。 状面图像为定位像,行冠状面和横轴面T wI。横轴 作者单位:300192天津,天津医科大学附属第一中心医院放射科 面T WI的扫描基线与前后联合(AC—PC)连线平行。 (现工作单位:210002南京,南京军区南京总医院医学影像科) 随后进行SE—EPI血氧水平依赖法脑fMRI,成像参数 作者简介:张龙江(1976),男,陕西泾阳人,博士,主治医师,主要 从事神经系统和心血管系统影像学工作。 TR 3000 ms,TE 60 ms,翻转角度90。,激励次数1,矩 维普资讯 http://www.cqvip.com 放射学实践2008年6月第23卷第6期 Radiol Practi!!, 08,Vol23,No.6 2059l ——阵64×64,视野24 cm×24 cm,层厚5 mm,间隔 为差异有显著性意义。 结 果 0 mm,平面内分辨率为1.55 mm×1.55 mm。结构图 像采用RF—FAST序列。成像参数:采用最短回波时 间,视野24 CFI1×24 C1TI,翻转角度25。,矩阵256×256, 层厚2 mm,激励次数2。 任务设计与刺激呈现:正交头线圈的正上方装置 1.行为学结果 对反应时间数据而言,正常人执行认字试验的反 应时间(31.67±4.65)S要显著快于执行颜色命名试 自制的有机玻璃制成的固定架,以固定反射镜。所有 刺激均为倒置的大小一致的字,经投影仪投射到白色 的屏幕,投影角度不超过10。,受试者于正交头线 圈内经反射镜可看见正立的字。采用汉字Stroop任 务为刺激任务,第一个任务要求受试者识别屏幕上出 现的汉字(ik字任务),第2个任务则要求受试者识别 屏幕上出现的汉字的颜色(颜色命名任务)。在屏幕上 出现的汉字字义均与字的印刷色不同。均要求受试者 采用默读的方式处理。每个任务由9个组块构成,包 括4个刺激组块和5个对照组块,每个刺激组块包括 10个试验(红绿黄蓝4个字),均以伪随机的方式呈 现,每个实验呈现2 S,幻灯片切换时间1 S,即10×(2 +1)一30S;对照组块为白色的“+”,呈现时间为30 S。 在进行第一个组块前,对受试者进行认字训练,直到其 能熟练朗读呈现的汉字,而忽视汉字的印刷色时为止。 相反,颜色命名试验则在fMRI扫描开始前向受试者 解释清楚试验要求。 行为学试验:测试试纸上随机排列“红绿黄蓝”共 5O个字,分别以不同于字义的颜色书写,比如“红”字 以绿色书写(红),“蓝”字用红色书写(蓝)。要求受试 者按操作者的要求以随机顺序首先尽可能快地读字而 忽视字本身的印刷色,然后再读字的印刷色而忽视字 本身 ]。分别记录完成50个字的总反应时间以及错 误数,包括受试者在认错字或色时纠正错误的时间。 图像及统计学分析:使用统计参数图(SPM99)软 件完成图像分析。接受运动校正、空问标准化和图像 平滑处理,最大值全宽采用8 mm。兴奋体素检测采用 普通线性模式方法进行t检验,经多重比较校正后,以 P≤0.001,连续兴奋体素>10为有显著性意义。最后 将功能图像叠加到经过标准化的解剖图像或受试者的 横断面T wI上。利用SPM99中的单样本t检验或 两样本t检验进行正常对照组和患者组不同任务的组 分析和组问比较。任务相关的激活是利用任务状态的 数据减去对照状态下的数据获得的;而任务相关的去 激活,本研究采用反减的原则,即用对照状态下的数据 减去任务状态的数据而获得的,这种方法在以往的 PET研究中也见报道。利用SPSS 10.0版本对两组 行为学数据进行配对或样本t检验,以P≤0.05 验的反应时间(45.20±4.59)s,差异有显著性意义 ( 一一8.188,P一0.000);两任务问的错误数的差异 无显著性意义(1.27±0.88,1.67±1.45;t一一3.413, P一0.OO4);提示存在Stroop干扰效应。 2.fMRI结果 认字和颜色命名任务的激活脑区:组分析结果显 示,认字任务出现双侧额中回(BA6)、双侧额下回 (BA47)、双侧额上回内侧部(BA8)、双侧顶下小叶 (BA40)、右侧顶上小叶(BA7)、右侧颞上回(BA38)以 及双侧梭状回(BA37)的激活(图1)。颜色命名任务 出现了更多脑区的激活,且激活强度较认字任务的强 度增加。这些脑区包括:双侧额上回(BA6)、双侧额中 回(BA6/46/9)、双侧额下回(BA46/9/47)、双侧额叶 内侧回(BA6/8)延伸至双侧扣带回(BA32)、顶叶多个 脑区(BA40/7)以及双侧梭状回(BA37,图2)。颜色命 名任务减去认字任务时见双侧额中回(BA46/8/9)、双 侧额上回内侧部(BA8)、双侧额下回(BA45)以及双侧 顶叶多个脑区(BA7/40)激活,提示正常人为了成功地 完成任务动用了这些脑区。虽然在执行颜色命名任务 时双侧扣带回激活,然而组问比较时差异无显著性意 义。 认字和颜色命名任务的去激活脑区:组分析结果 显示,正常对照组在认字任务时的去激活脑区主要包 括双侧额叶内侧回(BA8/l0)、双侧额上回(BA9/10)、 左侧额中回(BA6/9)、双侧额下回(BA47)、海马旁回 (BA30/35)、楔前叶(BA7)、扣带回后部皮层(BA31)、 扣带回前部皮层(BA24)、颞上回(BA13/22/29/38/ 39/42)、颞中回(BA21/38/39)、右侧颞下回(BA20,图 3)。颜色命名任务的去激活脑区主要包括双侧额上回 (BA9/10)、双侧额中回(BA10)、左额叶旁小叶 (BA6)、左额叶前回(BA6)、双侧后回(BA1/ 3)、左顶下小叶(BA40)、双侧楔前叶(BA7)、双侧扣带 回后部皮层(BA30)、左侧前扣带回(BA24)、双侧颞上 回(BA38)、左侧颞中回(BA21,同4)。这与以往研究 中显示的去激活脑区基本一致。 讨 论 1.任务相关的激活脑区 维普资讯 http://www.cqvip.com 592在冲突检测及解决中存在前扣带回背外侧前额叶皮层顶叶网络。回前额叶顶叶及梭状回网络这一,神经网络同时负,本研究认字与颜色命名任务脑区,责对注意进行监控抑制不相关的信息并将相关信息,激活的两样本,检验结果表明正常人执行颜色命名、、进行放大以最合理地配置资源,。任务较认字任务时双侧额中回左侧额上回左侧额下回双侧顶楔前叶及左顶下小叶出现激活、。2.静息态的脑网络、这与以往共同的去激活脑区包括:后扣带回皮层背内侧前的研究结果基本一致¨。’¨]。前额叶皮层参与了几乎4546)参与选择性/,额叶皮层Ra(额中回额上回)、、背侧前扣带回及角回一。所有的高级认知功能额下回(BA,、ichle,’等¨提出了静息态的脑功能默认模型这。概复述言语阅读反应选择与反应抑制额中回参与持、、念认为脑在静息状态下存在自发的连续的有组织、、续性注意在,Stroop任务中其参与任务监控及在不,一的脑活动在执行任务时这种有组织的脑活动暂时中,致试验后对任务规则进行再评估的错误反应有关。BA9区6)与认识潜在断或暂停,。尽管目前对脑功能默认网络的意义知之甚、额叶内侧壁(BA…。与运动准备及选,少但多认为与情景记忆的提取对周同环境和自我内择以及闵抑制反应冲突而进行的运动计划有关还参省状态的监控以及持续进行的认知和情感过程有关、。与工作记忆及运动技巧的学习。定注意有关关。。顶叶激活与维持稳解剖学神经生理学及神经影像学数据提示扣带回后楔前回的激活还被认为与选择性注意有部皮层在情景记忆编码中的作用‘,”。楔前叶是静息本研究在进行颜色命名与认字任务的组间比较时,态代谢率最高的去激活脑区静息态时要较其他脑皮层多消耗35未发现扣带回的明显激活推测可能与本研究选择的%的葡萄糖。。最近的研究还支持楔前11f刺激任务与以往研究不同有关,。扣带回激活的意义虽。在维持意识中的作用持续植物状态患者的功能神经然尚有争议但目前多用冲突监控理论来解释,…,冲影像学结果证实楔前11r及邻近的后扣带回皮层以及前突监控假说认为前扣带回对信息处理中发生的冲突额叶颞顶联合区的功能明显损害如果患者恢复意、,作出反应通过对前额叶的直接影响执行认知控制还,,识楔前叶是最早恢复活动的脑区楔前叶和邻近的,。可能通过脑于的神经调节中心包,括腹侧的被盖及蓝斑影响控制过程。然而关于冲突监控的定位目,前还存在争论有学者认为其位于额上回内侧部,,即前辅助运动区内而前扣带回主要负责冲突与错误检测\"J。本研究中无论在认字任务以及颜色命名任务巾均发现额上回内侧部的明显激活而且颜,色命名任务中其激活较认字任务明显提示额上回内侧部有可能参,与了冲突相关的检测过程也有学者提m,。然而额上回内侧部的功’,能与默读有关。。这也可能解释在执行Stroop。任务时额上回内侧部的激活最近的研究还显示梭状回在认知控制中具有将信息放大的功能即在执行认知控制时是,,将相关刺激信息进行放大而不是抑制非相关信息而进行认知控制的’”J。本研究中正常X寸照组执行因此图l正双常XALgf~L、字任务的激活脑区、。见双侧额中回双、双例额下激活。回、双侧额上回内侧正两个任务时均出现了双侧梭状同部、侧顶下小叶右侧顶上小叶右侧颞上回及.侧梭状、回双图2回、常人执的激活。,存解决St.roop干行颜色命名任务的激活脑区见回延双侧额上回、双侧额中回侧额下。双侧额叶内侧扰效应的过程中可能存在前扣带伸至双侧扣带回(BA32)、项叶多个脑区及双侧梭状回激活维普资讯 http://www.cqvip.com 593现任务相关的激活与去激活脑区,之间存在,一种动态平衡在认字任,务中肝硬化患者与正常对照组相比动用了更多脑区以完成任务而,静息态脑功能网络却明显减少尤,其是扣带回后部皮层和楔前叶未见去激活脑区;颜色命名任务时肝硬化患者任务相关的激活脑区明显少于正常对照者但去激活脑区,激活强度明显增加。因此本研究,认为静息态与任务状态之间的脑活动网络存在动态平衡这种动态,平衡的维持对于正常的认知功能是必须的参考文献[1]:。郝晶李坤成陈骐等人脑注意网络,,,.神经基础的功能MRI研究口]中华放.射学杂志[2]正双BCog。otvinickt黧一,,2005MMit39(6):619623..CoheingnJr)dAteCanrterCS.常人执行认字任务的去激活脑区、、。包括双、侧额叶内侧回、双侧额上回、左侧额中nflicteMronoranteriorCin侧额下回正楔前叶扣带回后部皮层(BA31)扣带回前部皮层(BA24),ulagCoe常人执行颜色命名任务的去激活脑区、包括双侧额上回24)。、双侧额中回、双侧楔前[3]ConitivBA7)双侧扣带回后部皮层(BA30)左侧前扣带回(BA、546.辫tex:anUpda,[J]󰀀.Trendsin539¨JSi,n叭cences20048(12):王新德.州经病学[M]神.-亘.北京:人民军医出版衬2002_亘.带回皮层似乎是能够鉴别轻微意识状态和植物状脑区¨“。‰㈨325捣,.329.腹内侧前额叶可能也参与情绪处理及。_呈[5]Kerns印nalInge,tegrma200记忆的提取q发的任背内侧前额叶皮层参与L、。m口蒜JGn,关的自参照或内省定向的思维活动的处理立成分分析的研究基本本研CohetnJDit:,MacD.onaldAws3rds,eta1A.nteriorCingcu用反减原则得m的去激活网络与以往利用反减法一lateCo,flicMonoring。dAdju.tmentinControl[J].Sience,致n。’…,提示本研究结2004303(5660)ona10231026,[6]MacDldAW3rdCheDoersoohenJDS,tengerVAn,etaIDis.sociatetingthe可信性3.。RinoleofntlateraIP.refronlalandA,teriorCing:ulaCortex任务相关的激活与去激活之间的联系anCogeunitivCo,ntrol[Jrs]Scie,nce,2000288(5472),18351838Even.Shulm等u’0注意到如果任务执行期间被动过,73FLgHCnaSkudlaStukiPoGtatenbyJCeta1A.ntrelated止是凶为基本处理资源的竞争那么去激活的程unctiolMRICeredy,fhe,Stroop:ColorWordInterference赖于主动任务需求这些资源的程度,。如果这种资8]:TRDask[J].bCo,rtex2000ME10(6)enner552560,.分配是去激活的基础那么任务要求增加应当对性内在过程产生更大的干扰导致更大的去激,。ushwisio,orthMFin:Walteon,KleySWreta1A.ctionSetsand,ecnstheMdialFrontalCotex[J].TrendsCognSci20049]:8(9)410417r.Fox等I”则提出人脑本身被分为动态的负相,,CabeozaR,NybeangL_ImagingCog.nitioConIIn:AnEmpiricalR,eview功能网络即任务相关的激活网络与去激活网络,f275PET.dfMRIStudies[J]JgNeurosci,200012(1):反映的是行为学中任务状态注意力的集中与刺激14710]:赖性思维过程之间的竞争务均采用的是不,一…。本研究中因为2EgflicnerT,HirsgchJ.CognitivmeControlMoechaasnismsResolveCon致的试验凶而结果与上述研,tThrouhCoN,rticalA,plific,ationfTkrelevantInformation微不同推测可能是因为本研究的2个任务难度,[J].Nateurosci2005,8(12)n:1784。1790ta..[11]RBaiehleMEunctMnacle.odAMPNASSyde,rAZe1A.DefauhModeof的差异不足以引起静息态网络的明显异常然而rainFio[J]Ra,2001.98(2):676682r在肝硬化病人注意控制功能的fMRI研究中发r12]GusnardDA,ichleMESearchingfoaBaseline:Functional维普资讯 http://www.cqvip.com 594放射学实践2008年6月第23卷第6期RadiolPracli哩.Jun塑JY!I;;!堕!:!1P.ImagngandtheRestngHumanBrain[J].NatRevNeuroscr15]MteKiernanKA,KoaufanJNK,uceraThompson,etaaramet2001.2(10)ys:685694.icManipulatiolNnfFimactorsAffectingTaskinducedDe—activaton[13JLcaaureS.GoldmanSe,PhillipivesC,eta1ImpairedEffe.ctiveC,ortiinFunctionaeuroagingEJ]J.CognNeurosci,2003,15(3):lConnectivityinVgetatStateEJ].Neuroimage.19999(3):394408.377382.[161G,FoxMDica,SnyderAZize,VinincentJL,eta1TheH.umanBdrainisInionar14]ShulamCha.nFiezJAVisiu,CorbeasttaM,eta1Co.mmonBloeodFlorwtrinsllyks()rgand,toDy,namic,Anticorrela.teFunctlngesAncrosslaTks1I:.DecreaseinCerbra/CotexNetwor~J3.PNAS2005102(27)::96739678[J]JCogNeurosc.1997,9(5)8663.(收稿日期20070226修回日期:20071217)肩胛骨尤文氏肉瘤陈建中,一例2R7387󰀀病例报道󰀀洪永英,邓琳.玉4216,吴家俊.【中图分类号】R814病例资料,;Ri45;.【文献标识码】D【文章编号】10000313(2008)0605940】患者男,岁。右肩背部间歇性疼痛半年,,。余。查体右侧肩部失去圆隆形态肩肌萎缩肩胛冈轻压痛:,。右侧肩关节被动活动尚可主动外展轻度受限CT“肌力尚可,。表现右侧肩胛骨上半部见骨质溶骨性破坏病灶膨:”、胀呈空泡样改变;右侧肩胛骨盂见骨质破坏硬化;腋下见,不均匀密度软组织样块影脂肪间隙部分消失并前移(图,1)。CT三,维骨重建:立体显示右侧肩胛骨骨质溶骨性破坏的“”,全貌病灶膨胀呈空泡样改变(图2)。外院MRISPECT:右侧肩胛骨可见代谢异常活动灶考虑骨肿瘤,。表现:右侧肩胛骨上部及部分肩胛骨盂区骨质破坏.,呈稍长T(图3。a)、稍长TzT。信号(图,3b),其边缘不整;周邻软。组织呈稍长T稍长信号肌肉问隙分辨不清,术中所见完整取l叶J病变肩胛骨见其形态完整冈上窝:,内侧肩胛岗内侧、l2处/,5cm×6cm大小膨隆。。病变区骨质。疏松有光整骨膜包裹与周围骨边界不清.送病检病理诊断:右侧肩胛骨尤文氏肉瘤讨论。尤文氏肉瘤起源于骨髓的间充质结缔组织以小圆.形细胞为主要结构的原发恶性肿瘤亚洲人种少见,。其发生部,位与年龄及红骨髓分布有关,.40;2%发生于010.~15岁20岁以下。者好发于骨干以于骺端多见’岁以上者以扁骨多见‘图“l”右侧肩胛骨上半部CT见骨质溶骨性破坏、,病灶膨胀,呈尤文氏肉瘤在影像学上以溶骨性骨质破坏不规则骨质、空泡样改变;右侧肩胛骨盂见骨质破坏,硬化。;腋下见不均匀图2,硬化或骨质破坏与骨质硬化并存为特点常合并软组织肿块,。密度软组织样块影脂肪间隙部分消失并前移CT三本病应与骨肉瘤鉴别后者碱性磷酸酶增高,,,。本病常引起骨维骨重建胀,:立”体显示右侧肩胛骨骨质溶骨性破坏的全貌。病灶膨的膨胀性改变使病骨呈壳样膨胀但多同时具有溶骨性骨质破坏,呈“空泡样改变图,3MRI显示右侧、肩胛骨上部及部分信号(b)其边缘不.。与其他膨胀性肿瘤不同。肩胛骨盂区骨质破坏呈稍长T.(a)稍长T,。本例病灶以溶骨性骨质破坏为主伴有不规则骨质硬化;整;周邻软组织呈稍长T,稍长L信号肌肉间隙分辨不清.病灶骨呈膨胀性改变;病灶周围有明显软组织肿块符合尤文氏肉瘤的影像学特点。。以上均组织肿块呈扩散性慢性期出现骨质硬化骨膜反应可见条状,、,尤文氏肉瘤患者全身症状常伴有发热贫血白细胞升高、、、死骨对抗炎治疗有效,。血沉加快创伤后疼痛病理性骨折等类似急性血源性骨髓、、,参考文献[1]:..炎∽J。两者在影像学上也类似签别如下,:前者软组织肿块常,徐爱德徐文坚刘吉华骨关节CT和MRI诊断学[M]..山东:山为局限性病史较长对放疗敏感;后者临床炎症症状明显软,,东科学技术m版社g23..,2002.103.冯传汉张铁良临床骨科学(第2版)[M]北京:人民卫生出版.作者单位:434000湖北荆州市第二人民医院CT室970(1)男湖北荆州人副主任医师主要从事作者简介:陈建巾CT诊断,,社2004,.3525.,.,(收稿日期:20061219修回日期:20070322)。

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