基于ReHo方法的不同性别中国象棋大师静息态脑功能磁共振成像研究

梁东梅　邱丽华　刘承宜　龚启勇

摘 要：基于ReHo分析方法从rs-fMRI角度探讨中国象棋高水平运动员的性别差异。收集第一届全国智力运动会中国象棋项目大师级运动员和匹配的对照人群，采集每位被试者的rs-fMRI数据，应用DPARSF软件分析脑区局部一致性信息。结果发现女大师右侧额上回（BA10）和右侧额内侧回（BA25）的ReHo值高于男大师，对照组男女无全脑ReHo值差异。结果说明男女中国象棋大师在右侧额上回和额内侧回的ReHo值差异可能反映了不同性别中国象棋大师在性别刻板印象和认知-情绪转换脑区的自发活动一致性差异。

关 键 词：运动医学；中国象棋大师；脑功能成像；静息态；性别差异；局部一致性分析方法；中国

中图分类号：G804.5 文献标志码：A 文章编号：1006-7116（2016）04-0135-05

A study of resting state brain function magnetic resonance imaging of

Chinese chess masters of different genders based on ReHo method

LIANG Dong-mei1，2，QIU Li-hua3，4，LIU Cheng-yi1，GONG Qi-yong4

（1.School of Physical Education，South China Normal University，Guangzhou 510006，China；

2.School of Educational Science，Kashgaer University，Kashgaer 844000，China；3.CT/MRI Room，The Second Peoples Hospital of Yibin，Yibin 644000，China；4.Huaxi MR Research Centre （HMRRC），West China Hospital of Sichuan University，Chengdu 610041，China）

Abstract： Based on ReHo method， and from the perspective of rs-fMRI， the authors probed into the gender differences between high performance Chinese chess players. Method： select Chinese chess master players and matching control people， collect the rs-fMRI data of every testee， and apply DPARSF software to analyze brain regional homogeneity information. Results： the ReHo values of the right superior frontal gyrus （BA10） and right medial frontal gyrus （BA25） of the female masters were higher than those of the male masters， while the males and females in the control group had no brain ReHo differences. Conclusion： the ReHo value differences in the right superior frontal gyrus and right medial frontal gyrus between male and female Chinese chess masters may reflect different brain spontaneous activity in areas related to gender stereotypes and cognition-emotion transfer between Chinese chess masters of different genders.

Key words： sports medicine；Chinese chess master；brain functional imaging；resting-state；gender difference；regional homogeneity analysis method；China

在高水平棋手中有明显的性别差异。据Howard[1]报道，由正式比赛产生的国际象棋世界冠军中无女性，当年全世界894名特级大师中，仅有9名女性，所占比例不到1%。最新数据显示，至2013年上半年，全球女性国际象棋特级大师共21名，所占比例无明显改变（2%）。近年来，女性中国象棋高水平选手所占比例提高，截至2015年下半年，共有14名女性中国象棋特级大师，占大陆地区中国象棋特级大师人数的31.1%（共45名中国象棋特级大师）。已有许多研究者关注高水平棋手的性别差异现象[1-3]。

脑功能成像（funcational Magnetic Resonance Imaging，fMRI）方法广泛应用于研究多种认知过程中不同性别人群的脑功能差异，如记忆[4]、想象[5]和语言[6]。棋类包含许多高级认知过程。近年来，任务态fMRI方法被用于探索棋类认知过程的大脑机制[7-10]。任务态的fMRI方法相对复杂，不好控制，而静息态fMRI方法（Resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）被试者不面对任务刺激，只需闭眼或睁眼看十字，观测大脑在放松、安静、尽量避免主动思维活动状态下的功能活动，目前已开始用于研究棋手的脑功能特点[11]。基于rs-fMRI的局部一致性分析方法（Regional Homogeneity，ReHo）[12]探讨局部脑区自发活动一致性的改变，已用于对正常人性别差异的研究[13]，但尚未应用于对中国象棋大师性别差异的研究。

本研究基于高水平中国象棋选手的人口学和影像学资料，使用基于rs-fMRI的ReHo分析方法探讨不同性别中国象棋大师脑区自发活动一致性的差异。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

中国象棋男大师9人（包括大师6人和特级大师3人），与男大师同时间同地点募集女大师6人（包括特级大师1人）；与大师同时期募集对照组男性16名、女性10名。研究对象一般情况见表1，其中，IQ值由瑞文标准推理测验（Ravens Standard Progressive Matrices，RSPM）获得。RSPM是一种非文字的智力测验，由5个单元的渐进矩阵构图组成。男女大师之间无年龄、教育程度、接触象棋时间、专业训练时间、每天训练时间、等级分和IQ的差异（P >0.05）；男女对照之间无年龄、教育程度和IQ的差异（P>0.05）。男大师组与男对照组无年龄（P=0.98）、教育程度（P=0.48）和IQ（P=0.12）的差异；女大师组与女对照组无年龄（P=0.09）、教育程度（P=0.4）和IQ（P=0.46）的差异。

所有棋手无任何神经、精神病（史），均为右利手，双眼裸眼视力或者校正视力正常。本研究经过四川大学华西医院伦理委员会同意，所有被试者在磁共振检查前均签署被试者检查单以排除可能影响脑功能的特殊身体状况、疾病或者体内含有金属物品的情况；所有被试者均在磁共振检查前被详细告知实验原因、目的和方法，并签署知情同意书。

1.2 实验设计

Rs-fMRI采取睁眼模式，被试者在脑功能数据采集期间尽量保持头部不动、放松、心情平静，通过安置于头部线圈上的反光镜定睛观看屏幕上黑色底色正中的白色小十字。要求被试者在定睛看十字的过程中尽量不要走神、不要睡着。

1.3 数据采集

所有被试者在进行影像学研究前被详细告知将要在磁共振仪中完成的任务。所有的扫描均使用四川大学华西医院磁共振研究中心德国西门子公司3.0T磁共振成像系统（Simens3.0 Tesla Trio Tim）完成，仪器在使用前进行数据稳定性的测试（如匀场）。装备有EPI软硬件设备，扫描时用一个标准头线圈发射和接收核磁共振信号，在头部线圈上安放一面反光镜，被试者通过镜面看到投影仪屏幕，该投影仪与磁共振扫描和控制室计算机相连，计算机根据扫描时间播放画面。

被试者进入磁共振室后，首先了解和熟悉磁共振室的环境，平躺仰卧在磁共振检查床上，戴耳塞以减少噪音对实验的影响，并用配套的海绵垫固定头部以减少头部活动。

扫描前先完成常规全脑MRI扫描，由有经验的放射科医师排除脑内病变，然后以前后联合连线作为基线扫描全脑静息态功能像，参数如下：采用梯度回波-回波平面成像序列（gradient-recalled echo-Planar imaging，GRE-EPI），30层，层厚5 mm，无层间距（no slice gap），回波时间（Echo Time，TE）30 ms，重复时间（Repetition Time，TR）2 000 ms，矩阵（matrix）64×64，视野（FOV）240 mm×240 mm，翻转角（flip angle）90°，体素（voxel size）3.8 mm×3.8 mm×5.0 mm，连续采集 205个时间点数据。

1.4 数据处理和统计分析

采用北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开发的REST_V1.5_101101（http：//restfmri.net/forum/）软件的静息态数据处理辅助工具DPARSF_V2.0_101025（http：//restfmri.net/forum/）在MatLab7.6及SPM8平台上运行进行数据处理和统计分析，剔除前5个时点的图像。与fMRI数据处理相同的步骤包括数据格式转换、时间校正、头动校正、空间标准化，均在DPARSF中进行。除此之外，在DPARSF中继续对每位被试者的数据进行去线性漂移和滤波两步处理。去线性漂移为去除接收线圈前置放大器引起的热噪声所带来的基线漂移。滤波步骤以减少低频线性漂移和高频生理性噪音，对每个体素的时间序列进行带通滤波，带限范围为0.01Hz

ReHo假设某特定体素与相邻体素（7个、19个或27个）的血氧水平依赖（Blood Oxygen Level Dependent，BOLD）信号随时间变化具有相似性，可以用肯德尔和谐系数（Kendalls coefficient of concordance，KCC）作为指标来衡量一簇区域各体素之间时间序列变化的一致性，所得KCC值为该簇区域中心体素的ReHo值，其值介于0和1之间，计算公式如下：

其中，W是给定点的肯德尔和谐系数；n是时间点数（本研究中n=200）；K是给定体素点与其毗邻体素点的总数（本研究中K=27，即27个体素构成的正方体中，处于核心的单个体素与其周围的26个体素数目之和，这27个体素点又称为一簇）；Ri是第i个时间点27个体素的体素值的等级总数； =（n+1）K/2）是所有Ri的均值。

脑内每个体素的ReHo值构成受试者的ReHo脑（ReHoMap），每个受试者均得到一个ReHoMap。将全脑每个体素的ReHo值除以全脑所有体素ReHo值的均值可得到标准化的ReHo脑（mReHoMap）。最后，使用高斯函数对mReHoMap进行平滑，半高宽（full width at half maximum，FWHM）取4 mm，获得的ReHo图为smReHoMap。

采用SPM8软件分别对男大师与女大师、男性与女性对照的smReHoMap逐一体素的ReHo值进行双样本t检验，得到有非常显著差异的团簇（P< 0.001，未校正，体素≥10）。

2 结果与讨论

女大师全脑ReHo值在右侧额上回和右侧额内侧回比男大师更高，详见表2、图1。对照组男性与女性全脑ReHo值无显著性差异。

1）图中数字代表BA位置，BA为Brodman大脑皮层分区系统缩写；左边为额上回；右边为额内侧回；分别从矢状面、冠状面和横切面显示两个脑区所在位置；每个脑区右下角色带及数字显示脑区明暗度与t值的对应关系；10和25分别代表该脑区在Brodman大脑分区系统中的数值

本研究首次使用ReHo方法分析中国不同性别象棋大师的rs-fMRI数据。结果显示，女大师右侧额上回（BA10）和右侧额内侧回（BA25）ReHo值高于男大师，对照组男性与女性则无全脑ReHo值差异，此结果从rs-fMRI角度反映了中国象棋大师的性别差异。

前人研究报道，正常人静息态时全脑ReHo存在性别差异，分布于左右半球额叶、颞叶、顶叶等区域[13]。本研究纳入测试的对照组男女无全脑ReHo值差异可能与成像结果呈现时设定的统计检验阈值有关，当采用前人研究所采用的阈值呈现本研究结果时，也可发现额叶和颞叶等区域存在性别差异。其次，研究对象平均年龄的不同也可能带来此差异，本研究对照组被试者较前人研究的被试者平均年龄更小，相差超过10岁，有研究报道，ReHo值受老化的影响[14]。

我们推测，造成本研究高水平棋手脑功能成像结果出现性别差异的原因可能与视觉空间能力和性别刻板印象方面的差异有关。Maass等[3]认为，棋类项目中的性别刻板印象体现为女性棋手面对的困难主要存在于她们的观念里。女棋手总认为其他人都希望她们在一个男性主导的领域中表现不好。因此，不仅女棋手经常暗示自己表现很差，而且当她们的确表现优异时，她们的女性气质又常受到质疑。

本研究发现，女大师右侧额上回（BA10）和右侧额内侧回（BA25）ReHo值高于男大师。研究认为，不同性别脑区ReHo值的差异一方面可能与脑结构的性别差异有关，比如，额上回ReHo值的性别差异可能与该区域皮层厚度的性别差异有关[15]，另一方面还可能与该脑区功能的性别差异有关，如有研究发现前额叶ReHo值的性别差异可能与该区域参与物体识别的词汇提取过程的性别差异有关[13]。

BA10区包括前额叶腹内侧皮质（ventromedial Prefrontal Cortex，vmPFC）和额叶最前端的额极（Frontopolar Cortex，FPC）[16]。vmPFC参与处理风险、恐惧和决策的过程。vmPFC损伤导致性别刻板印象（gender stereotypes），随着该区域损伤程度的增加，性别刻板印象增强[17]。对棋手的研究发现，在真实或意识中面对男棋手下棋的过程中，女棋手易受性别刻板印象影响，导致其对结果产生负面期望，且在下棋过程中持保守态度[18]。vmPFC区域ReHo值的差异反映了男女中国象棋大师在与性别刻板印象功能相关的脑区自发活动一致性的差异。研究者认为，FPC参与对已完成反应的不确定性的元认知监控过程。据此推测，FPC参与对刚完成行为的绩效的元认知监控，以调节策略提高下一次的质量。因此，根据BA10区大脑结构和功能研究结果推测，女大师BA10区ReHo值高于男大师，可能是由于女棋手易受vmPFC参与的性别刻板印象影响，对已完成的反应不确定，从而动用FPC进行元认知监控和下一步策略调节。

BA25区位于前扣带回腹侧（Ventral Anterior Cingulate Cortex，vACC），是vmPFC的一部分，参与对与动机相关的内在和外在信息进行整合并做出反应[19-20]。vACC区域结构和功能异常与情感障碍（如重症抑郁）密切相关[21]。vACC区域活动增强与负面情绪相关[19，22]。在负面情绪状态下，女性vACC区域活动强度高于男性[23-24]，如当面对恐惧或者不适的皮肤电刺激时，女性vACC区域活动强度明显高于男性[25]。根据vACC区大脑功能性别差异的研究结果推测，女大师BA25区ReHo值高于男大师，可能是由于女棋手易受因性别刻板印象带来的负面情绪影响。在对高水平棋手性别差异现象的研究中，有报道将其联系于两性在心理旋转任务中体现的差异。心理旋转是常用于研究性别差异的视觉空间任务，如想象三维物体的旋转，主要涉及视觉工作记忆过程，存在于下棋的复杂认知过程中。男性完成心理旋转任务比女性更有优势。在以心理旋转为实验任务的fMRI研究中，发现女性vACC区域抑制程度高于男性，其认为在完成心理旋转实验任务时，女性付诸更多的认知参与，导致vACC区域活动在完成任务时更多的被抑制[26]。研究者推测，vACC区域活动抑制与认知参与相关[19，27]。而在静息态时，女性由于没有认知参与任务，可能会出现vACC区域活动较男性增强。综上推测，BA25区在高水平中国象棋选手中的性别差异可能与完成视觉空间任务中的情绪变化和认知参与有关。

本研究采用基于rs-fMRI的ReHo分析方法比较了男女中国象棋大师的差异，女性中国象棋大师右侧额上回（BA10）和右侧额内侧回（BA25）ReHo值高于男性中国象棋大师，可能反映了男女中国象棋大师在性别刻板印象和认知-情绪转换脑区自发活动一致性的差异。

前人研究证明高水平棋手的性别差异主要体现在行为表现的差异，如刻板印象等。本研究在中国象棋选手中发现高水平棋手的性别差异还体现在大脑功能的差异，且呈现脑功能差异的脑区与负责有性别差异表现的行为的脑区相对应，但本研究缺乏性别刻板印象的行为学数据，对脑功能和行为学数据进行分析将有助于进一步了解功能脑区活动与行为表现的相关性。

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