工作记忆与脑的功能磁共振成像

工作记忆是临时信息编码、保持和提取的过程 ,是学习记忆研究的热点之一。功能磁共振作为一种新型无损伤技术 ,为研究工作记忆提供了一个新的途径。本文对功能磁共振的原理、实验设计和目前工作记忆功能磁共振检查的研究进展进行综述。     

工作记忆与脑的功能磁共振成像

工作记忆是临时信息编码、保持和提取的过程,是学习记忆研究的热点之一.功能磁共振作为一种新型无损伤技术,为研究工作记忆提供了一个新的途径.本文对功能磁共振的原理、实验设计和目前工作记忆功能磁共振检查的研究进展进行综述.     

项目记忆和源记忆的功能磁共振成像研究

目的探讨项目记忆和源记忆的神经基础及其是否存在性别差异。方法健康男女各8名，实验材料为504个高频双汉字词，项目记忆和源记忆实验任务，Block设计，GE1．5T采集功能磁共振成像（mRI）数据，用SPM99分析，得到男女脑功能激活图（P〈0．002，体素块〉20）。结果在P〈0．002，体素块〉20时，女性项目记忆激活双前额叶背外侧BA6（激活数目左右侧分别为62和11个），源记忆较多激活左前额叶背外侧BA6／46（激活数目为59个）；男性项目记忆激活右前额叶背外侧BA6／46（激活数目为64个），源记忆激活双前额叶背外侧BA6（左右侧分别为9和40个）。结论项目记忆更多激活右侧前额叶背外侧，而源记忆更多激活左侧前额叶背外侧。女性较多地引起左前额叶背外侧激活；而男性较多地引起右前额叶背外侧激活。     

空间记忆广度的脑功能磁共振研究

目的本实验拟通过功能磁共振研究参与正常人空间记忆广度任务的脑功能区和特点。方法10名右利手健康志愿者进行一项空间记忆广度任务作业的同时进行脑功能磁共振扫描,实验采用组块设计,实验任务与对照任务交替进行,数据采用SPM99软件进行数据分析和脑功能区定位。结果当统计阈值设定为P(0.0001时,被试者的双侧Brodmann区(Brodmann area,BA)6区(额中下回)、右BA9区(额中下回)、左额下回BA47区、双侧顶叶BA7区(楔前叶、顶上小叶)、双侧顶叶BA40区(缘上回),右枕叶BA18、19区、右海马回BA30区、左枕颞交界处BA37区、双侧顶叶中央后回BA3区、左顶叶中央后回BA2区、右中央前回BA4区及左中脑黑质、右小脑均有激活,以顶叶的激活最为显著,其次为额叶、枕叶,其中额叶的BA9区和枕叶的BA18、19区及海马回、小脑的激活有极其明显的右侧半球优势;当统计阈值设定为P(0.001时,脑激活区增加了右前扣带回BA25区,右侧额下回BA47区、左额叶BA9区,左侧枕叶BA17、18、19区及右屏状核,左丘脑侧后核。结论与空间记忆广度有关的主要脑区有BA9、6、7、40、19区和海马回、小脑。它们在进行短时空间记忆任务时所起的作用不同。通过fMRI的研究,揭示了大脑进行空间信息的处理过程。     

脑功能磁共振成像研究进展

主要综述fMRI产生的历史、成像原理、成像技术和方法、已经取得的成绩以及将来研究发展的方向等。fMRI产生技术广泛应用的20世纪90年代,主要受快速成像技术的影响,从有创走向无创,从而受到神经、认知和心理科学领域的极大关注。fMRI原理是根据神经元兴奋后局部氧耗与血流增幅不一致,而BOLD效应机制成像,间接显示神经元活动。成像主要采用平面回波成像（EPI）和快速小角度激发（FLASH）技术、二者在时间和空间分辨率上各有优劣。最后几年来,fMRI技术对脑功能的研究已取得了巨大的成绩,估计将在这一领域继续拥有非常重要的地位。将来fMRI可能主要在BOLD效应的生理过程、临床应用以及高场磁体的应用等领域进一步展开。     

轻度认知障碍老年人情节记忆功能的磁共振成像研究

目的 运用核磁共振(MRI)技术探讨轻度认知障碍(MCI)老人与健康老人脑结构和功能的异同.方法 对14例MCI老人(MCI组)和15名健康老人(正常对照组)进行神经心理学检查,并应用基于体素的形态测量方法 ,测定两组的灰质体积,并用事件相关功能MRI技术,测定两组在执行情节记忆提取任务时相关脑区的功能变化.结果 (1)神经心理学:MCI组听觉词语记忆测试[(2.1±1.7)分]和画钟试验[(7.8±1.2)分]成绩差于正常对照组[分别为(9.2±1.3)分和(9.2±0.8)分;P＜0.05].(2)结构影像:MCI组的灰质体积小于正常对照组,主要位于情节记忆相关脑区(P＜0.001).(3)功能影像:MCI组与正常对照组任务正确率和反应时间的差别无统计学意义;MCI组激活降低的脑区主要是海马旁回,而增强激活的脑区主要是前额叶前侧、背外侧、右侧颞上回、右侧颞下回、枕叶皮层(P＜0.005).结论 MCI组内侧颞叶记忆系统结构萎缩、功能下降,在任务难度适当的情节记忆提取任务中,MCI组动员额外脑区激活,以代偿颞叶内侧记忆系统的损害.     

睡眠剥夺影响数字记忆的功能磁共振成像研究

研究背景长时间连续作业易导致大脑疲劳,已有证据显示脑疲劳对作业者认知功能和行为反应能力具有严重损害作用,因此揭示连续作业和睡眠剥夺对认知功能影响的机制,有助于对抗连续作业所致疲劳,提高连续作业能力。本研究通过分析睡眠剥夺前后功能磁共振成像(fMRI)特点,探讨睡眠剥夺影响学习记忆的神经机制。方法共6例健康男性志愿者接受48h睡眠剥夺,采用组块设计方法评价睡眠剥夺前后数字记忆功能变化,fMRI比较数字记忆编码、维持和提取阶段各脑区的激活特点。结果睡眠剥夺48h,受试者对4～7个0～9数字记忆的错误率并未增加(均P>0.05);对4～6个0～9数字记忆的反应时间与睡眠剥夺前无明显差异(均P>0.05),仅7个0～9数字记忆的反应时间增加(P=0.005)。睡眠剥夺后激活减弱的脑区在数字记忆试验编码阶段为左侧海马旁回Brodmann30区、颞上回Brodmann42区、岛叶Brodmann41区和额叶Brodmann6区;在维持阶段分别为左侧颞上回Brodmann38区、颞中回Brodmann21区、海马旁回和杏仁核Brodmann30区、额中回Brodmann47区、豆状核和丘脑,以及右侧豆状核、左侧扣带后回Brodmann30区、右侧扣带后回Brodmann30区、双侧扣带回Brodmann24区、双侧额中回和额内侧回Brodmann6区;提取阶段包括双侧海马、右侧杏仁核和顶下小叶Brodmann40区、左侧楔前叶Brodmann19区和丘脑。结论在数字记忆的不同阶段,机体通过激活不同的脑区来维持清醒状态,48h睡眠剥夺后参与数字记忆的大脑皮质及皮质下结构广泛受损。     

书写痉挛脑功能磁共振成像研究

目的 应用脑功能磁共振成像（fMRI）技术,观察书写痉挛患者痉挛性书写脑功能区激活特点,探讨书写痉挛可能发病机制.方法 采用fMRI组块设计,分别获得10例书写痉挛患者和10名年龄、性别匹配健康对照组执行默写、手写、笔写任务时的平均脑功能激活图,同时通过一般线性分析法产生“笔写减手写”及“笔写减默写”的差异脑功能图.结果 书写痉挛患者进行书写任务时,受累手对侧基底节区,特别是壳核（激活体素个数864）,较健康对照组（激活体素个数54）显著激活;运动皮质（第一运动区、辅助运动区、运动前区）及同侧小脑较健康对照亦有明显激活;而进行手指写和默写任务时两组间差异并不明显;＂笔写减手写＂及＂笔写减默写＂差异脑功能图发现书写痉挛患者在除去手指写运动及语言处理相关影响后上述脑区仍有明显激活,健康对照组则皮质下结构激活消失,运动相关皮质激活亦明显减少.结论 书写痉挛患者执行笔写任务时上述脑区尤其皮质下结构异常激活与书写痉挛发生存在一定关联,基底节区及相应皮质-皮质下环路功能紊乱,可能在书写痉挛发病机制中起到重要作用.     

脑磁共振功能成像的基本原理及应用

脑磁共振功能成像是一种新的研究人脑功能的方法 ,具有无创、时间和空间分辨率高的特点 ,逐渐应用于神经科学的多个领域。在阐明高级神经生理和神经心理活动方式和皮层间的功能联系、术中导航以最大限度切除功能皮层病变并减少手术并发症、了解脑肿瘤的分化程度和预后判断、揭示神经和精神疾病皮层功能异常的病理生理改变等方面 ,均显示了较高的应用价值。本文综述了该方法的原理、技术要求、信号分析及其在脑功能的基础研究和临床上的应用。     

精神分裂症患者基于事件前瞻记忆缺陷的功能磁共振成像特点

目的应用功能磁共振成像(fMRI)技术探讨精神分裂症基于事件前瞻记忆缺陷的生物学基础及神经机制。方法采取横断面病例对照研究方法,共招募20名健康志愿者(对照组)和20例精神分裂症患者(观察组)入组,以双重任务前瞻记忆实验范式作为刺激任务,同时应用阳性与阴性症状量表和阴性症状评定量表评定精神症状严重程度,采用锥体外系不良反应量表评定锥体外系不良反应严重程度。应用Matlab2011b,SPM8软件对影像学数据进行预处理及统计分析。采用独立样本t检验分析比较两组的脑区激活情况,设定激活差异显著水平为P<0.005(未校正)。选取前瞻记忆主要激活脑区,应用REST1.8软件提取激活脑区的血氧水平依赖性信号强度,采用Pearson相关分析探究脑区激活强度的相关因素。结果预处理中发现,观察组2例被试者有明显的头部运动(移动>2.5 mm,转动>2.5°),剔除图像分析,最后观察组18例,对照组20例被试者的图像数据进入统计分析。相对于健康志愿者,精神分裂症患者在执行前瞻记忆任务时的正确率较低且反应时更长[(83.40±15.33)%比(94.30±10.94)%,(870.54±156.70)ms比(757.33±187.44)ms;均P<0.05]。进行中任务的反应时与阴性症状量表评分呈正相关(r=0.494,P=0.037),前瞻记忆任务的正确率与智商呈正相关(r=0.558,P=0.016),前瞻记忆任务的反应时与氯丙嗪等效剂量呈正相关(r=0.492,P=0.038)。fMRI扫描显示精神分裂症患者右额中回、双侧顶下小叶(角回、缘上回)、右前扣带回以及右楔前叶脑区激活明显低于健康志愿者(均P<0.005)。右缘上回(r=-0.589,P=0.010)、左角回(r=-0.593,P=0.010)、右楔前叶(r=-0.590,P=0.010)的激活程度与氯丙嗪等效剂量呈负相关。右前扣带回(r=-0.537,P=0.021)、右额中回(r=-0.501,P=0.034)的激活程度与进行中任务的反应时呈负相关。结论前瞻记忆需要消耗认知资源。精神分裂症患者存在显著的基于事件前瞻记忆缺陷,其缺陷机制可能与额中回、顶下小叶(缘上回、角回)、前扣带回以及楔前叶功能紊乱有关。     

正常人词语流畅性作业的脑功能磁共振成像研究

目的 利用功能磁共振成像(fMRI)技术探讨词语流畅性作业的脑功能定位。方法对18名健康志愿者进行词语流畅性作业的fMRI检查,fMRI用梯度回波-平面回波成像序列采集数据,经工作站处理后获功能图像。结果 经Fisher精确检验法,健康志愿者的双侧额上回、双侧额中回、右侧额下回及右侧扣带回的激活脑区计数,与理想激活脑区计数的差异均无显著性(P>0.05),其余脑区激活计数的差异均有显著性(P<0.05)。结论 双侧额叶背外侧及右侧额叶腹外侧可能参与长时记忆的提取过程,其中额叶背外侧可能参与核查及管理工作,而额叶腹外侧可能参与搜寻特异目标的过程。     

功能磁共振成像研究睡眠剥夺36小时对健康男性工作记忆的影响

目的 利用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术研究睡眠剥夺36 h对健康男性工作记忆的影响及可能机制.方法 10名健康男性受试者连续36 h睡眠剥夺,睡眠剥夺前后分别接受工作记忆任务测试,同时进行fMRI扫描.fMRI扫描采用2项工作记忆任务,收集获得的行为学结果和fMRI图像,用SPM2软件进行图像分析.比较睡眠剥夺前后工作记忆任务测试及fMRI扫描结果.结果 剥夺后LTR任务的反应时间为(866±102)ms,比剥夺前[(754±91)ms]明显延长(t=2.59,P<0.01),准确率为84.78%±8.71%,比剥夺前(95.31%±3.56%)明显降低(t=3.52,P<0.01);剥夺后PLUS任务的反应时间为(848±94)ms,比剥夺前[(756±79),ms]明显延长(t=2.37,P<0.05),准确率为84.22%±9.66%,比剥夺前(95.70%±4.72%)明显降低(t=3.38,P<0.01);剥夺前在额顶叶、前扣带回和丘脑等工作记忆相关性脑区被激活.PLUS任务较LTR任务激活脑区范围更广,强度更显著.剥夺后顶叶激活降低,前额叶和丘脑的激活增强.结论 睡眠剥夺能够导致工作记忆能力受损.fMRI显示睡眠剥夺后完成工作记忆任务时,在相应脑区顶叶激活降低,前额叶和丘脑激活增强,这可能是睡眠剥夺导致认知功能损害的机制之一.     

认知矫正治疗前后慢性精神分裂症患者功能磁共振成像的对照研究

目的 探讨认知矫正治疗对精神分裂症患者工作记忆相关脑区活动的影响.方法 对10例病情稳定的慢性精神分裂症患者进行为期6个月的认知矫正治疗,分别于治疗前后进行韦克斯勒记忆量表(WMS)测查及功能磁共振成像(fMRI)测量.结果 (1)WMS测查:治疗后再认[(8.11±4.34)分]和再生[(10.22±3.35)分]以及Benton错误[(3.75±2.92)分]均较治疗前[分别为(5.78±2.95)分、(8.56±3.21)分和(8.00±6.28)分]改善,均P＜0.05.(2)fMRI:治疗前后的反应时和正确率比较,差异无统计学意义(P＞0.05).治疗后在高负荷条件下,背侧前额叶皮质(DLPFC)区域(Brodmann46区)的激活范围(x,y,z=-51,36,15;k=40,t=7.21)小于治疗前的激活范围(x,y,z=-48,24,24,k=154,t=12.72),治疗前后DLPFC区域激活(x,y,z=-24,36,18,k=12,t=3.75)的差异有统计学意义(P＜0.005);在低负荷条件下,治疗前后DLPFC区域激活的差异无统计学意义(P＞0.05).结论 认知矫正治疗能改善精神分裂症患者工作记忆相关脑区的活动.     

精神分裂症患者胼胝体的磁共振成像研究

目的　了解精神分裂症患者脑部胼胝体的改变及其与临床症状的关系。方法　选取符合中国精神障碍分类与诊断标准第3版精神分裂症诊断标准的住院患者95例(患者组),正常人20名(对照组),按规定序列作头颅核磁共振扫描,测定胼胝体长度、胼胝体宽度(膝部、体部、压部)。于入院当天及住院第4周后评价阳性和阴性症状量表(PANSS)。进行患者组与对照组、短病程组(≤5年, 30例)与长病程组( >5年, 65例)、家族性组(37例)与散发性组(58例)的胼胝体长度、宽度等比较。结果　(1)患者组胼胝体长度[ ( 6 8±0 4 )mm]明显短于对照组[ ( 8 0±0 4 )mm];t=3 24,P<0 05; (2)短病程组与长病程组胼胝体各测量值的差异无统计学意义; (3)家族性组胼胝体压部宽度[ (0 98±0 15)mm]小于散发性组[ (1 07±0 13)mm];t=-2 85,P<0 05; (4)PANSS阳性因子分与胼胝体长度呈正相关(r=0 21,P=0 04 ),反应缺乏减分率与胼胝体长度呈负相关(r=-0 21,P=0 04); (5)胼胝体长度、胼胝体体部宽度与起病年龄有密切关系(P=0 049,P=0 045)。结论　精神分裂症患者胼胝体缩小,尤以家族史阳性者为著,胼胝体异常有可能是精神分裂症症状的病理学基础之一。     

偏执型精神分裂症患者Stroop操作的功能磁共振研究

目的利用功能磁共振显像(fMRI)技术探讨精神分裂症患者注意障碍的脑功能基础。方法对14例精神分裂症患者(患者组)和16名正常人(对照组)检测Stroop测验刺激下的fMRI。结果(1)激活脑区计数(个)：Stroopl刺激下,患者组左侧额下回(11/3)、左侧颞上回(6/8)、左侧颞下回(6/8)脑区激活计数均多于对照组(分别为6/10、1/15、1/15),差异有统计学意义(P＜0.05)；Stroop2刺激下,患者组左侧前扣带皮质(ACC,4/10)、右侧额中回脑区激活计数(4/10)均少于对照组(分别为12/4、14/2),差异有统计学意义(P＜0.05),患者组左额上回激活计数(9/5)多于对照组(3/ 13),差异有统计学意义(P＜0.05)。(2)激活脑区体积(体素)：Stroop1刺激下,患者组右侧前额叶背外侧区(DLPFC,256±579)、左侧ACC(18±59)激活体积小于对照组(分别为298±597、67±87),差异有统计学意义(P＜0.05)；Stroop2刺激下,患者组两侧DLPFC(分别为73±190、80±245)、左侧ACC(17±28)激活体积小于对照组(分别为425±800、414±703、76±98),差异有统计学意义(P＜0.05)。结论精神分裂症患者的注意障碍可能与前额叶、ACC、颞叶神经回路功能障碍密切相关。     

特发性快速眼动睡眠期行为障碍纹状体微结构磁共振成像研究

目的探讨帕金森病(PD)和特发性快速眼动睡眠期行为障碍(iRBD)患者纹状体结构和白质纤维束完整性。方法联合应用基于体素的形态学分析和扩散张量成像对12例特发性快速眼动睡眠期行为障碍患者、12例帕金森病患者及10例性别、年龄和受教育程度相匹配的正常对照者进行头部MRI检查,观察纹状体结构(灰质体积)和白质纤维束完整性[部分各向异性(FA)值]变化。结果与对照组相比,iRBD组左侧尾状核灰质体积缩小(P0.005),以及左侧(P0.005)和右侧(P0.001)尾状核、右侧壳核(P0.05)FA值降低;PD组仅右侧壳核FA值降低(P0.05)。与PD组相比,iRBD组左侧尾状核灰质体积缩小(P0.001),以及左侧(P0.01)和右侧(P0.005)尾状核FA值降低。结论特发性快速眼动睡眠期行为障碍患者存在纹状体灰质体积缩小和白质纤维束完整性损害,其白质纤维束完整性损害与帕金森病具有一致性,为特发性快速眼动睡眠期行为障碍是帕金森病的临床前期提供解剖学依据。     

Blunted activation in orbitofrontal cortex during mania: a functional magnetic resonance imaging study.

BACKGROUND: Patients with bipolar disorder have been reported to have abnormal cortical function during mania. In this study, we sought to investigate neural activity in the frontal lobe during mania, using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Specifically, we sought to evaluate activation in the lateral orbitofrontal cortex, a brain region that is normally activated during activities that require response inhibition. METHODS: Eleven manic subjects and 13 control subjects underwent fMRI while performing the Go-NoGo task, a neuropsychological paradigm known to activate the orbitofrontal cortex in normal subjects. Patterns of whole-brain activation during fMRI scanning were determined with statistical parametric mapping. Contrasts were made for each subject for the NoGo minus Go conditions. Contrasts were used in a second-level analysis with subject as a random factor. RESULTS: Functional MRI data revealed robust activation of the right orbitofrontal cortex (Brodmann's area [BA] 47) in control subjects but not in manic subjects. Random-effects analyses demonstrated significantly less magnitude in signal intensity in the right lateral orbitofrontal cortex (BA 47), right hippocampus, and left cingulate (BA 24) in manic compared with control subjects. CONCLUSIONS: Mania is associated with a significant attenuation of task-related activation of right lateral orbitofrontal function. This lack of activation of a brain region that is usually involved in suppression of responses might account for some of the disinhibition seen in mania. In addition, hippocampal and cingulate activation seem to be decreased. The relationship between this reduced function and the symptoms of mania remain to be further explored.