正常志愿者情绪图片刺激MR脑功能成像性别差异的研究

2016-02-08丽史大鹏王恩峰管民李中林李永丽

中国医学影像学杂志 2016年12期

高丽史大鹏王恩峰管民李中林李永丽

高丽1史大鹏1王恩峰1管民1李中林2李永丽1

目的探讨健康志愿者在情绪图片刺激下脑功能的性别差异。资料与方法收集2014年11－12月河南职工医学院20名健康在校大学生志愿者的脑功能数据进行前瞻性研究，其中男12例，女8例。采用中国情绪图片系统（CAPS）作为刺激源，选取正性、中性、负性图片各30幅，男性组与女性组选用相同的情绪图片。每名志愿者随机给予正性、中性及负性图片刺激，同时进行MR脑功能成像扫描。对脑功能成像进行后处理及统计学分析，分别得到不同性别在情绪图片刺激下激活的脑区及差异脑区。结果在负性情绪图片刺激下，男性激活右侧杏仁体及右侧前额叶，女性激活双侧杏仁体及双侧前额叶；正性情绪图片刺激下，男性组激活双侧颞叶及双侧楔叶，女性组激活双侧楔叶，差异有统计学意义（P＆lt;0.05）。不同性别组间比较显示，负性情绪刺激下，女性相对男性激活增强脑区有左侧杏仁体、双侧前额叶、双侧楔前叶、右侧岛叶，差异有统计学意义（P＆lt;0.05）；男性相对女性无激活增强脑区。正性情绪刺激下，女性相对男性左侧前额叶激活增强，男性相对女性左侧颞叶激活增强，差异有统计学意义（P＆lt;0.05）。结论不同性别健康志愿者在情绪刺激下激活脑区存在差异性。尤其在负性情绪刺激下，女性激活脑区较男性多且激活程度增强，进一步证实女性对于负性情绪的反应更强烈。

磁共振成像；情绪；性别因素；脑功能成像；志愿工作者

情绪是一种复杂的心理生理学现象，同时也是一种复杂的高级神经活动。多种常见的情绪相关疾病在发病率、发病特征等方面存在性别差异，如焦虑、抑郁女性发病率显著高于男性[1-2]。目前认为这种性别差异可能与社会心理因素和神经生理因素有关。Lithari等[3]报道通过脑电信号研究发现，正常男性和女性对情绪图片刺激的反应不同，其中女性对负性情绪图片刺激反应更为强烈。MR脑功能成像空间分辨率高，并已广泛应用于情绪相关研究。以往多数研究表明杏仁体、前额叶等多个脑区参与情绪过程，同时推测情绪相关脑区理论上存在性别差异[4-6]。中国情绪图片系统（Chinese affective picture system，CAPS）是由中国科学院心理健康重点实验室编制的情绪刺激系统[7]。本研究采用CAPS作为视觉情绪刺激源对不同性别正常志愿者进行MR脑功能研究，探讨情绪相关脑区的性别差异。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2014年11－12月招募河南职工医学院20例健康在校大学生志愿者，其中男12例，女8例；年龄21～24岁，平均（23.00±0.91）岁，均为本科在读，所有志愿者均为右利手。男性组与女性组在年龄、受教育年限等方面差异无统计学意义（P＆gt;0.05）。所有受试者均无神经系统疾病及精神疾病病史，且研究前1个月内无显著影响情绪的重大事件发生。所有受试者扫描前30 min开始休息，扫描时处于平静状态。该研究通过郑州大学人民医院伦理委员会审核批准，受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法采用GE Discovery750 3.0T MR扫描仪及8通道相控阵线圈。扫描序列：①轴位T1WI结构像，TR 8.26 ms，TE 2.26 ms，视野（FOV）240 mm×240 mm；②BOLD功能成像采用平面回波序列（echo planer imaging，EPI），TR 2000 ms，TE 30 ms，矩阵64×64，FOV 240 mm×240 mm，层厚4 mm，层间距0 mm，包括190个全脑扫描，扫描时间6 min 20 s，功能成像采集2次。每名志愿者总扫描时间约20 min。

采用E-prime 软件进行相关设计，MRI扫描开始后要求受试者安静、集中注意力感受背投镜面上的图片，每次刺激呈现1张图片，同时设置等量的基线。基线、图片显示时间均为2 s。图片和基线为随机出现，图片数和基线数相等。每名受试者在正式扫描前均向其详细讲述试验过程及注意事项，进行MRI扫描前均进行1 次及1次以上任务练习，在受试者充分掌握任务后开始扫描。

1.3 数据处理将脑功能数据运用SPM8软件行预处理，排除扫描开始时磁场不均匀及受试者不适对数据的影响。对每位受试者的EPI图像首先进行时间校正和头动校正，舍弃头动三维平移超过1.5 mm或三维旋转超过1.5°的数据；数据重排、配准、空间标准化，以全宽半高为8 mm进行高斯核平滑处理。根据研究任务设计建立相应函数模型，将功能数据按照一般线性模型进行参数评估分析[8-9]。以中性图片刺激作为基线对照，正性图片与中性图片分别刺激的数据之差作为正性情绪刺激下的激活数据；负性图片与中性图片刺激的数据之差作为负性情绪刺激下的激活数据。

1.4 情绪图片判定标准经CAPS系统取90幅图片，其中正性、中性、负性各30张。正性图片愉悦度标准分7～9分；中性图片愉悦度标准分4～6分；负性图片愉悦度标准分1～3分。3组图片唤醒度保持一致。男性、女性组选用相同的情绪图片。

1.5 统计学方法采用SPM8软件，不同性别组内正性刺激和负性刺激的脑区激活采用单样本t检验，在正性和负性情绪图片刺激下不同性别组间脑区激活的差异分别采用组间t检验，结果采用AlphaSim方法校正，P＆lt;0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正性图片刺激下脑功能结果正性图片刺激条件下男性组激活脑区包括双侧颞叶、双侧楔叶，女性组激活脑区为双侧楔叶。激活脑区及相应统计学结果见表1。不同性别组间对比，女性相对男性左侧额中回激活增强，男性相对女性左侧颞上回激活增强，差异有统计学意义（P＆lt;0.05）。

2.2 负性图片刺激下脑功能结果负性情绪刺激条件下，男性组激活右侧杏仁体、右侧前额叶及双侧颞叶，见表2、图1；女性组激活脑区包括双侧杏仁体、双侧前额叶及左侧海马旁回，见表3、图2。不同性别组间比较，女性相对男性激活增强脑区包括左侧杏仁体、右侧前额叶、双侧楔前叶及右侧岛叶，差异有统计学意义（P＆lt;0.05），见表4、图3。

3 讨论

Fox等[4]研究表明多个脑区参与情绪加工过程，正性情绪及负性情绪参与的脑区不同，其中杏仁体在负性情绪中起重要作用。本研究将性别作为分组因素，探讨在情绪图片刺激下，男性及女性激活脑区存在的差异。

负性图片刺激下女性相对男性多个脑区激活增强，包括左侧杏仁体、双侧前额叶、右侧岛叶及双侧楔前叶。杏仁体与负性情绪有关，尤其是恐惧，参与保持情绪的觉醒。本研究进一步证实杏仁体参与负性情绪过程。以往研究显示在情绪相关任务中，男性杏仁体具有右侧偏侧化激活，女性为左侧偏侧化激活[10-11]。另外Gupta等[5]报道杏仁体在决策中有重要作用，且杏仁体的这种功能具有与性别相关的半球偏侧化。右侧杏仁体病变更容易导致男性的决策能力受损，而女性的决策能力与左侧杏仁体相关，进一步说明了不同性别的杏仁体功能具有半球优势化[5]。本研究中男性右侧杏仁体激活，与既往研究一致。推测这种偏侧化激活的可能缘于双侧大脑半球对信息的加工整合方式存在差异性，右侧大脑半球倾向于对信息的整体性加工，左侧大脑半球更倾向于对信息的局部、细节性加工[12]。女性左侧杏仁体较男性激活增强，结合既往研究结果可以推测，与男性相比，女性对负性情绪更倾向于局部性、细节性的认知，而男性更倾向于一种整体性的认知。

表1 正性情绪图片刺激下男性、女性激活脑区及差异脑区

表2 负性情绪图片刺激下男性激活脑区

表3 负性情绪图片刺激下女性激活脑区

表4 负性情绪刺激下女性比男性激活增强脑区

前额叶是情绪和认知功能的高级中枢，在情绪相关事件中起到整体调节整合的作用[13]。伴随着额叶的损伤，患者会出现综合性的认知和情感障碍[6]。前额叶同时也参与了负性情绪的加工过程，且在负性情绪调节过程与杏仁体之间存在密切的功能联系。Banks等[13]研究发现在情绪调节过程中，前额叶与杏仁体的激活显著相关，且杏仁体-前额叶功能连接的增强能够减弱负性情绪的强度；Lee等[14]研究发现杏仁体-前额叶复合体在负性情绪的调节过程中起重要作用，且可能是负性情绪调节中产生个体差异的基础。本研究结果显示负性情绪刺激下，男性、女性均有前额叶的激活，进一步证实前额叶参与负性情绪过程。同时在负性情绪下，女性激活双侧前额叶及双侧杏仁体，男性激活右侧前额叶及右侧杏仁体，这种前额叶、杏仁体激活大脑半球的一致性进一步提示前额叶与杏仁体之间存在紧密的功能联系。而在不同性别中，前额叶与杏仁体之间功能连接的差异性需要进一步研究证实。除杏仁体及前额叶，女性右侧岛叶及双侧楔前叶较男性激活增强。岛叶与情绪感知有关[15]；楔前叶与情景记忆、视觉空间加工等多个认知过程相关[16]。

图1 负性情绪图片刺激下男性组激活脑区。A.右侧杏仁体；B.双侧颞叶；C.右侧前额叶；红线十字交叉区域为所示脑区

图2 负性情绪图片刺激下女性组激活脑区。A.双侧杏仁体（箭）；B.左侧海马旁回（红色十字交叉区）；C.双侧颞叶（箭）；D.双侧前额叶（箭）、左侧楔前叶（箭头）

图3 负性情绪图片刺激下女性相对男性激活增强脑区。A.左侧杏仁体；B.右侧岛叶；C.双侧楔前叶（箭）；D.右侧前额叶；红线十字交叉区域为所示脑区

负性情绪刺激下男性相对于女性无激活增强的脑区，这与Koch等[17]利用嗅觉引导出负性情绪的相关研究结果一致；而女性相对于男性，杏仁体、额叶、岛叶、楔前叶均激活增强，这些脑区与人的警觉性、情绪评估与调节以及情绪感知等有关，从而提示女性在面对外源性的负性情绪刺激时大脑的反应更强烈，警觉性更高。这种显著的性别差异可能与某些具有性别倾向性的情绪相关疾病的发病机制有关。

在正性图片刺激下，女性左侧前额叶较男性激活增强，而男性左侧颞叶较女性激活增强。Wrase等[18]研究显示，正性情绪图片刺激下男性双侧前额叶、双侧颞叶及左侧杏仁体较女性激活增强，与本研究结果不完全相同。Lamm等[19]认为中间眶额回与愉悦性情绪相关；Bensaf等[20]研究显示在愉悦性刺激下，前扣带回及中脑被盖腹侧有特异性激活。负性情绪中，恐惧、厌恶等使人保持警觉性、防卫性，更接近人的本能反应；而正性情绪的体验，如愉悦、高兴等属于相对更复杂、更高级的情绪认知。因此，文化差异、个体差异均有可能造成脑功能结果的差异。

总之，情绪相关的脑区具有性别差异，尤其是负性情绪刺激下女性相对于男性激活脑区更多、激活程度更强，进一步证实女性面对负性情绪刺激时反应更强烈。同时提示进行情绪相关研究时，性别应作为一个考虑因素，以保证研究结果的科学性。但同时本研究样本量较小，且研究对象较单一等，故需要扩大样本量和范围进一步研究证实。

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（本文编辑闻浩）

Gender Differences in Healthy Volunteers Stimulated by Emotional Pictures Through Functional MRI

GAO Li SHI Dapeng WANG Enfeng GUAN Min LI Zhonglin LI Yongli

Purpose The study aimed to explore gender differences of brain activation in healthy volunteers under the stimulation of emotional pictures.Materials and Methods The cerebral functional imaging data of twenty healthy volunteers at Henan Medical College from Nov.2014 to Dec.2014 were prospectively studied (12 males and 8 females).Emotional pictures (30 positive, 30 negative and 30 neutral pictures) from Chinese Affective Picture System (CAPS) were used randomly as visual stimuli for both males and females.Functional MRI was performed while each subject was stimulated by emotional pictures.The fMRI data were processed and the statistical analysis was performed to obtain the activated brain regions of males and females and to compare the gender differences.Results Under the stimuli of negative emotional pictures, bilateral temporal lobe, bilateral cuneus in men and bilateral cuneus in women were activated under the stimuli of positive emotional pictures (P＆lt;0.05).Compared with men, increased activation of left amygdala, bilateral prefrontal gyrus, bilateral precuneus and right insula were observed in women under the stimuli of negative pictures.The differences were statistically significant (P＆lt;0.05).Compared with women, no cerebral region was more activated in men under the stimuli of negative pictures.Under the stimuli of positive emotional pictures, the left prefrontal gyrus in women was more activated than that in men whilst the left temporal lobe in men was more activated than that in women.The differences were statistically signifcant (P＆lt;0.05).Conclusion Gender differences of activated cerebral regions under stimuli of emotional pictures do exist in healthy volunteers.In particular, more cerebral regions and increased activation were observed in women compare to men, which demonstrates that women response stronger to negative emotion.

Magnetic resonance imaging; Emotions; Sex factors; Brain functional imaging; Voluntary workers

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.12.003

1.郑州大学人民医院放射科河南郑州450003

2.解放军信息工程大学河南郑州 450002

李永丽

Department of Radiology, People's Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450003, China

Address Correspondence to: LI Yongli

E-mail: shyliyongli@126.com

国家自然科学基金面上项目（81271534）；河南省科技厅科技攻关项目（132102310063）；河南省卫生厅科技攻关项目（201202023）。

R445.2；R741.04

2016-07-11

修回日期： 2016-08-22