功能性磁共振成像在高级认知功能研究中的应用.docx
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1、功能性磁共振成像在高级认知功能研究中的应用【摘要】 功能性磁共振成像结合血氧水平依赖性原理和回波平面成像技术,能够直观、形象地观测认知任务过程中大脑活动情况,并且具有较高的时间和空间分辨率。近年来,功能性磁共振成像在感知觉、学习、记忆、思考、语言等认知方面得到广泛应用,在脑认知研究和神经活动定位等方面有很大的应用潜力。 【关键词】 功能性磁共振成像; 大脑; 认知能力 Application of Functional Magnetic Resonance Imaging on the Research of Cognitive Function 【Abstract】 Functional m
2、agnetic resonance imaging (fMRI) could probe the brain activity of cognitive process effectively when combining with blood oxygenation leveldependent (BOLD)and echo planar imaging(EPI),and it has higher differentiate ability. In recent years, fMRI has been applied to study cognitive ability, such as
3、 sensation, perception, learning, thinking and language and etc., and showed great potentiality on research of cognitive ability of brain and neuro-locating. 【Key words】 Functional magnetic resonance imaging; Brain; Cognitive ability 近20年来,以功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)为代表的脑认
4、知功能成像技术得到了巨大发展,并被迅速应用到认知神经科学的各个领域。功能性磁共振成像技术是将传统共振成像的高分辨率解剖成像能力与核示踪的血流动态特异性结合起来,将人脑的功能像精确地投影到基本的解剖像,从而成为研究大脑认识思维活动的强有力的工具。功能性磁共振成像能够直观、形象地观测认知任务过程中大脑活动情况,并且具有较高的时间和空间分辨率,这较传统的神经检查、WADA测试、单视野呈现、双耳分听和脑电等具有不可比拟的优势。认知过程包括感知觉、注意、记忆、思维和语言等,是一个非常复杂的过程,本文拟对国内外有关fMRI在认知研究方面的进展情况进行综述。 1 记忆的功能性磁共振成像研究 记忆是人脑的高级
5、功能,其过程分为编码加工、固化、存储和提取4阶段。视觉记忆和听觉记忆是人类重要的记忆形式。 视觉记忆要求进行刺激视觉编码和在刺激移出视野后保持其表现,该任务激活视皮质和额叶皮质等多个区域。视皮质在数字和非数字视觉处理过程中起主要作用。项敏等1利用功能磁共振研究以视觉呈现的数字记忆特点。结果发现,反序默写数字过程中被试在左半球前额叶背侧和枕叶的视皮质2个地方的激活体积明显大于正序默写数字,表明反序提取的神经机制中 注意的基本作用在于选择信息,以便能被有效地记录、加工和处理。选择性注意是对环境中大量潜在相关的刺激集中注意一小部分的能力,注意对视觉信息的选择性是视觉选择研究领域的一个焦点问题。Dow
6、ning 等6发现:当要求被试注意某一空间区域内与实验任务有关的刺激时,该区域内与实验任务无关的刺激也得到加工, fMRI信号中与该无关刺激相关联的脑区得到了激活,说明注意的选择是基于整个空间位置的。 Marie等7 使用Stroop 任务(该任务需要被试对刺激进行选择性注意,并抑制无关刺激) 与fMRI 技术,发现被试在执行行为任务时,背外侧前额叶在注意选择中起到控制执行的功能,根据任务内容的变化,背外侧前额叶的不同功能亚区会呈现出不同的活动形式。研究证明,与视觉注意任务有关的信息加工取决于多个皮层功能区域的合作,其中部分是前额叶的功能,而另一部分是后部系统的功能。前额叶的控制功能通过调节后
7、部皮层系统来加强前部系统,对与任务有关的信息加工。 Christoph等研究了注意力集中和分散的认知过程神经解剖相关性,在实验中他们以奇异范式为认知任务。fMRI数据显示,目标和分散刺激条件下都以腹外侧顶额网络系统参与为特点,背外侧顶额网络系统参与分散刺激;在分散刺激加工过程中主要激活左前额皮质,在目标刺激过程中主要激活右前额皮质,提示目标注意主要涉及检索过程,而显着分散刺激似乎参与工作记忆更新。 Jiang8探索了右侧下额回在知觉注意分配和反应选择解决双重任务干扰时的作用。研究显示,右侧下额回和额盖在短的刺激发生不同步条件下比在长的刺激发生不同步条件下激活更显着,表明右侧额区在知觉注意阶段对
8、解决双重任务干扰是非常重要的。 3 思维能力的功能性磁共振成像研究 31 问题解决能力的功能性磁共振成像研 究 数能力是指个体对刺激的各种数性质作出反应的能力统称,数概念是人类抽象思维的基本要素之一。Dehaene等人发现,顶间沟区与数量大小的比较有关。当受试者在比较两个数的大小时,顶间沟区域显着激活。例如,当比较两数的大小时,顶间沟区的活动比单纯阅读这两个数字更强烈。两数的差距越小,比较起来越难,顶间沟区的活动强度越大,体现了韦伯数距效应。Lee 发现,顶间沟区的活动在受试者做减法时比做乘法时强,而且与涉及的数量绝对值成正相关;数量绝对值越大,活动越强,持续时间也越长,体现了韦伯数量效应。
9、张秋阳等研究显示:左额区激活出现在两种加法任务和汉字估计任务中,且汉字加法任务的激活量最多,表明听觉言语模块负责加法任务和言语数字的处理。Gruber等对健康受试者在执行算术任务和控制任务时大脑活动进行比较发现:在数学任务和非数学任务期间,由双侧前额区、前运动区和顶区构成的相似皮质网络系统被激活,表明这些皮质区域的大部分并不绝对地代表计算模型;在顶皮质亚区发现计算任务和非计算任务有显着性差异,非计算任务优先激活上顶叶而计算优先激活左背侧角回和中央顶皮质;左背侧角回和中央顶皮质激活反应智力计算的亚加工。表明确切计算期间智力计算的亚加工与数字表示的加工和算术事实检索有关,较复杂的计算任务增加左下额
10、区的活动。 32 推理能力的功能性磁共振成像研究 Markus等9对12个健康受试者在相关推理和条件推理时功能性磁共振成像的血氧依赖水平进行测量发现:推理激活了枕顶额神经网络,这个网络包括前额皮质的部分区和扣带回、上下顶皮质、楔前叶、视觉联合区。表明演绎推理是以空间表示和加工为基础的。 脑影像研究显示,腹侧和背侧前额皮质、后顶叶及一些包括神经核和小脑的亚区参与算术推理。Vinod等通过比较正确和不正确等式了解参与算术推理的神经过程。结果发现,与正确等式比较,不正确等式在左侧背外侧前额皮质和腹外侧前额皮质有显着激活;这些区域与参与工作记忆和干扰加工的脑区重叠;对正确和不正确算术等式判断没有激活像
11、角回和顶内沟这样的顶皮质区。 4 语言能力的功能性磁共振成像研究 41 语音、语义、字形的功能性磁共振成像研究 汉语是一种象形表意文字,具有很强的图形特征,在形、音、义加工方面与西方文字有很大不同。彭聃龄等研究了汉语单字词音、义加工的脑激活模式,结果显示:语音任务激活了左侧顶叶下部和颞上回、左侧枕中回、右侧枕下回,以及中央前回;语义任务激活脑区有左侧顶下小叶和左侧颞上回,左侧额下回、右侧额中回和额上回;以及左侧额中回;语义任务减去语音任务激活的脑区有左侧额下回、左侧海马和右侧海马旁回;语音任务减去语义任务没有发现任何脑区的显着激活。表明在语义任务中与语音有关的脑区得到激活;而在语音任务中与语义
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