丘脑参与不同空间定位坐标系之间的信息整合*

王　静，朱　磊，潘玉君

(1.重庆医科大学附属第二医院呼吸内科　400010；2.河南省漯河市中心医院神经内科　462000；3.哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨 150001)



论著·临床研究

丘脑参与不同空间定位坐标系之间的信息整合*

王静1，朱磊2，潘玉君3△

(1.重庆医科大学附属第二医院呼吸内科400010；2.河南省漯河市中心医院神经内科462000；3.哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨 150001)

目的探讨丘脑是否参与以外界物体为中心(allocentric)和以观察者为中心(egocentric)坐标系之间的信息整合。方法分别以5名健康人及2例左侧丘脑腹后核(VP)梗死患者为研究对象，测定其在物体位置辨别任务中的手动反应时间，对数据进行统计学分析。结果试验结果提示当视觉刺激出现在屏幕右侧(egocentric 方向为右)时，egocentric和allocentic不兼容时的手动反应时间明显缩短： allocentric方向为左时，不兼容与兼容条件下手动反应时间，差异无统计学意义(P>0.05);屏幕右侧egocentric和allocentic不兼容时的手动反应时间较两者兼容的手动反应时间增加不明显，差异无统计学意义(P> 0.05),而与对侧两者不兼容的手动反应时间相比，则明显减小，差异有统计学意义(P<0.05)。结论左侧丘脑腹后核参与了对侧egocentric 和allocentic信息不兼容条件下的空间信息整合，延长了手动反应时间。

丘脑腹侧核；空间信息;皮质下整合

以观察者为中心(egocentric)坐标系信息主要存在于背侧额顶环路。 以外界物体为中心(allocentric)信息主要位于于腹侧颞枕环路[1-3]。发现allocentric信息能影响egocentric坐标系定位的准确性[4-5]。egocentric信息能影响allocentric坐标系的信息处理速度[2]。附加眼动区(SEF)的神经元活动同时参与两者信息处理[6]。提示allocentic和egocentric坐标系信息可以相互影响。哪些脑区可能参与了这两者信息的整合还不清楚。丘脑是各种感觉信息在皮层下的重要中继站，同时在各大脑皮层之间的信息传递中起重要作用[7-9]。本研究以局限性丘脑损伤患者为研究对象，探讨其在两种坐标系信息整合中的作用。

1　资料与方法

1.1一般资料2例左侧丘脑腹后核梗死患者来自哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科(患者1、2的年龄为45、58岁)。常规头MRI检查(飞利浦，1.5 T，层厚6 mm,T1、T2 加权像及FLAIR像)证实左侧丘脑梗死病灶并排除其他部位的病灶。病灶见图1、2。2例患者均表现出典型的急性脑血管病症状。该院5名年龄匹配的健康人作为对照组参与本试验。试验组及对照组既往均无精神、神经系统疾病病史，视力或矫正视力正常，无严重行动不便(至少1侧上肢肢体肌力为5级)。神经心理学检查证实记忆、视空间感知、执行功能及快速眼动无损伤。向患者及对照组交代试验目的及具体事项，征得同意后，签署由该院伦理委员会批准的知情同意书(批准号：201201)。

1.2仪器与设备CRT彩色显示器(22英寸,Mitsubishi Rdf225wg Oem Sum X149A刷新率：100 Hz,屏幕分辨率：1 280×960)。红外光源眼位置追踪仪(Eyelink 1000,采样率为1 000 Hz,加拿大SR Research公司)。 MATLAB软件2009版本,The MathWorks公司提供，与Psychtoolbox (PTB-3)联合运用实现试验参数的设置，并记录、储存、分析试验数据。暗室：2.0 m×1.2 m× 2.1 m。

1.3方法物体位置辨别任务：被试者正对显示屏，开始时要求盯住屏幕中央注视点(半径：0.3°视角度)，600～1 000 ms后，视觉刺激(大、小两个圆，半径； 1.5°、0.6°视角度，颜色；红、蓝、绿中随机的2种)，出现在屏幕左或右上方(向左或右1.25、3.75、6.25、8.75 °视角度)。被试者根据大圆相对于小圆的位置尽可能快地做出手动反应：若大圆在小圆的右侧，则按下向右的方向键，反之，则按下向左的方向键，见图3A。Eyelink 1 000记录眼动参数， Matlab记录并计算手动反应时间。根据视觉刺激出现在屏幕左右及大圆相对于小圆的位置将试验分为4类，即 “LL”、“LR”、“RR”、“RL”。进一步地，“LL”、“RR”归为allocentric 与egocentric方向一致(兼容)，而将“LR”、“RL”归为allocentric 与egocentric方向相反(不兼容，见图3B)。

单手试验任务：由于患者LXJ在试验数据采集时右上肢肌力为5-，为了排除肢体无力本身所致的手动反应时间的偏差，作者要求其用左手做出手动反应。如1组任务中，若大圆出现在小圆的右侧，其尽可能快的按中间键。反之，则什么都不做，等待试验结束。在下一组任务中，相反条件下做出手动反应。

每组试验之前用Eyelink对受试者进行6个点模式的眼位置校准。若试验中眼睛未能盯准注视点，试验任务结束(break)，进入下次试验。

A:TIWI;B:T2WI;C:FLAIR;D:矢状位;红色箭头：梗死部位。

图1丘脑梗死患者1的MRI

A:TIWI;B:T2WI;C:FLAIR;D:矢状位;红色箭头：梗死部位。

图2丘脑梗死患者2的MRI

1.4数据处理计算手动反应时间:由于手动反应时间不服从正态分布，作者采用广义极值分布模型(generalized extreme value,GEV)[10]对受试者的手动反应时间的分布进行拟合。广义极值分布见公式(1)，其中t(x)由公式(2)计算得出，μ，σ及ξ分别代表曲线的位置，分布幅度及曲线的偏斜程度。其平均值通过公式(3)算出。

(1)

(2)

(3)

计算两手之间固有的手动反应时间差值:由于在手动反应中，优势手的反应时间较非优势手短[11]。为了排除左右两手这种固有的反应时间的差别，作者用egocentric 和allocentric兼容条件下左手摁键的时间减去右手摁键的时间算出固有的手动反应时间差值。再将左手的手动反应时间减去固有的手动反应时间差值作为校正后的左手手动反应时间。

A：试验任务示意图；B：实验分类示意图。

图3位置判别任务及试验分类

2　结　果

对于错误试验(按错键)及眼睛未能盯准注视点(fixation breaks)的试验，作者不对其进行后期的数据分析。在作者试验中，7个受试者4813次任务中共有错误试验及fixation breaks 试验95次(排除率为1.97%)。

2.1对照组位置判别任务中的手动反应时间特点图4显示的是5名健康受试者在位置判别任务中的手动反应时间。当egocentric和allocentic方向不一致(LR、RL,蓝色线左侧部分及红色线右侧部分)时手动反应时间较两者方向一致(RR、LL,蓝色线右侧部分及红色线左侧部分)时显著增加(allo右:P=0.001 2,allo左:P=8.723 6×10-4)。且当egocentric和allocentic方向不一致时，手动反应时间随视觉刺激距屏幕正中距离增加逐渐延长，而对于egocentric和allocentic方向一致时，手动反应时间与视觉刺激的偏心距离无明显关系。

红色虚线：大圆在小圆左侧；蓝色虚线：大圆在小圆右侧；L：左；R：右。

图4健康受试者在位置判别任务中的手动反应时间

2.2试验组位置判别任务中的手动反应时间特点图5表示的是2例左侧丘脑腹后核梗死患者(LQF,LXJ)的手动反应时间。作者发现病损对侧(右侧)不兼容条件下手动反应时间明显缩短(红线右侧部分所示)。当allocentric方向为右时，不兼容条件下的手动反应时间较兼容条件下手动反应时间显著增加(LQF:P=0.041,LXJ:P=3.77×10-5)。然而，当allocentric方向为左时，不兼容条件下的手动反应时间较兼容条件下手动反应时间增加不明显(LQF:P=0.717，LXJ:P= 0.213)。当视觉刺激出现在病灶同侧(左侧)时，不兼容条件下手动反应时间明显长于兼容条件下的手动反应时间(LQF:P=0.04,LXJ:P=1.14×10-6),当视觉刺激出现在病灶对侧(右侧)，不兼容条件下与兼容条件下患者的手动反应时间差距不明显(LQF:P=0.373，LXJ:P=0.033 2)。2例患者数据综合统计差异无统计学意义(P=0.288)。

不兼容条件下，当视觉刺激出现在病灶对侧(右侧)时手动反应时间明显小于视觉刺激出现在病灶同侧(左侧)的手动反应时间(LQF:P=0.0341，LXJ:P= 0.0286)，并与病灶同侧兼容条件下的手动反应时间近似(LQF:P=0.886,LXJ:P=0.343)。结果表明左侧丘脑腹后核梗死后导致病灶对侧egocentric 和allocentic方向不一致条件下的手动反应时间明显降低，提示左侧丘脑腹后核作为一个节点参与了对侧视野egocentric 和allocentic不兼容条件下空间信息整合,并且该种整合延长了反应时间。

A:患者LQF的手动反应时间；B患者LXJ的手动反应时间；L：左；R：右。

图52例左侧丘脑腹后核梗患者在位置判别任务中的手动反应时间

3　讨　论

作者的试验以左侧丘脑腹后核梗死患者为试验对象测试其在物体位置辨别任务中的手动反应时间。结果发现与对照组相比，左侧丘脑腹后核梗死患者在不兼容条件下病损对侧手动反应时间明显缩短。这提示左侧丘脑腹后核可能参与了对侧视野egocentric和allocentic信息不兼容条件下的空间信息整合。并同时通过健康人及丘脑损伤患者验证了Zhou等[2]前期关于egocentric信息能影响allocentric坐标系信息处理速度的结论。

一直以来，大量研究发现allocentric信息能影响egocentric坐标系信息的准确性，而egocentric信息不能影响allocentric坐标系信息的准确性[10-11]。若将一个小的目标点置于大的背景中，若目标点偏向背景的右侧，感知到的目标点的位置较其实际位置更靠近右侧，反之则更靠近左侧。这提示目标物相对于背景的位置能影响人们对外界物体的位置判断。然而，定量分析发现目标物相对于观察者的位置不能影响观察者对目标物相对于背景位置的判断[12]。

Zhou等[2]及本试验发现当egocentric 和allocentic 方向相反时，受试者的手动反应时间较两者方向相同时明显增加。这提示egocentric信息能影响allocentric坐标系的信息处理速度。这些试验结果表明这两种空间定位坐标系在功能上是相互关联的：allocentric信息能影响egocentric坐标系定位的准确性，egocentric信息能影响allocentric坐标系信息的处理速度。目前不清楚为什么这两种坐标系互相影响不同的信息处理因素。本研究推测可能与egocentric坐标系更强调外界物体相对于观察者的位置，而allocentric坐标系信息更强调外界物体之间的相互关系有关。

前期的报道认为丘脑左右核团功能不对称：左侧丘脑更侧重于语言功能，右侧丘脑在视觉空间信息中起重要作用[13]。作者的试验结果发现左侧丘脑亦在空间信息整合中起重要重用。然而，由于缺乏右侧丘脑相应核团梗死患者的行为学数据，作者不清楚右侧丘脑是否具有类似空间信息整合功能。

本研究的局限性：试验例数太少，结果仅仅提示左侧丘脑腹后核参与了对侧视野egocentric和allocentic信息不兼容条件下的空间信息整合的试验现象，后续需要大样本量的试验分析进行验证。另一方面，在本试验中仅仅只收集到了左侧丘脑核团梗死的患者，缺乏右侧相关核团发生病损的对照数据。

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Human thalamus participating in information integration among different spatial orientation coordinate systems*

WangJing1,ZhuLei2,PanYujun3△

(1.DepartmentofRespiration,SecondClinicalHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400010,China;2.DepartmentofNeurology,LuoheCentralHospital,Luohe,Henan,462000,China;3.DepartmentofNeurology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin,Heilongjiang150001,China)

ObjectiveTo investigate whether the thalamus participates in the information integration of allocentric and egocentric coordinate systems.MethodsTotally 5 healthy individuals and 2 patients with left ventral posterior (VP) nucleus infarction of thalamus were taken as the research subjects and detected the manual reaction time (RT) in the position discrimination task.Then the obtained data were statistically analyzed.ResultsThe experiment results prompted that when the visual stimulation presented at the screen right side(egocentric direction was right),RT was significantly shortened in the egocentric and allocentic incompatible condition,when the direction was the left,RT had no obvious difference between the compatible and incompatible conditions(P>0.05);the RT increase under egocentric and allocentic incompatible condition in the screen right side was not obvious compared with egocentric and allocentic compatible condition(P>0.05),but which was obviously shortened compared with incompatible condition in the contralateral side(P<0.05).ConclusionLeft thalamus VP is involved in the spatial information integration under the contralateral side egocentric and allocentic information incompatible condition and prolongs RT.

ventral thalamic nuclei;spatial information;subcortical integration

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.13.008

国家自然科学基金资助项目(81072412)；神经科学国家重点实验室开放课题基金资助项目(SKLN-2010A05)。作者简介 ：王静(1985-)，博士,医师，主要从事低氧导致认知功能障碍的分子机制的研究。△

，Tel:(0451)85555799；E-mail：yujunpan@126.com。

R743.3

A

1671-8348(2016)13-1753-03

2015-11-26

2015-12-22)