正常人汉字工作记忆功能磁共振脑激活区改变的研究

张 斌 张杰文 张淑玲 张道培 付胜奇 张红菊△

1)郑州人民医院，河南 郑州 450000 2)郑州大学人民医院神经内科，河南 郑州 450003

·论著科研之窗·

正常人汉字工作记忆功能磁共振脑激活区改变的研究

张 斌1)张杰文2)张淑玲1)张道培1)付胜奇1)张红菊2)△

1)郑州人民医院，河南 郑州 450000 2)郑州大学人民医院神经内科，河南 郑州 450003

目的探讨正常人汉字任务下脑激活区的改变。方法对40例正常人进行汉字工作记忆功能磁共振扫描。结果汉字工作记忆任务下，编码、保持及提取期均有额叶、楔前叶、楔叶、边缘叶及扣带回的正向激活，且有侧脑室及脑脊液在编码及保持期的正向激活和在提取期的负向激活。除共同激活脑区外，编码期所有激活脑区均为正向激活，保持期正向激活脑区有中央前回、杏仁核、上后扣带皮层(BA 31)，负向激活脑区有颞中回、顶叶、角回，提取期正向激活脑区有尾状核。结论汉字任务下，脑激活区的改变除皮层及皮层下结构，还有侧脑室及脑脊液的激活。

汉字工作记忆；功能磁共振；脑激活区

工作记忆指对信息和任务的短暂编码和储存，以便执行短暂任务，目前常通过工作记忆进一步研究正常人及不同疾病患者学习能力、记忆力、注意力等高级认知功能改变。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)依靠血氧变化成像，无创、无示踪剂及放射性损害，且图像采集速度快、影像清晰，时间、空间分辨率高而作为近年来研究高级认知功能的新兴检查手段。本实验通过研究正常人汉字任务状态下脑激活区改变，探讨汉字工作记忆的脑加工机制。

1 对象与方法

1．1对象健康志愿者，年龄20～50岁，小学以上学历、右利手，排除精神病史或吸毒、长期嗜酒史和不能配合检查的患者。匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)评分≤5分，汉密尔顿焦虑量表(HAMA)≤7分，汉密尔顿抑郁量表(HAMD)≤7分。

1．2方法

1．2．1 汉字工作记忆任务设计：实验采用组块设计模式，由深圳美德医疗电子技术有限公司的SA-9800脑功能视听觉刺激系统的E-Prime软件编写刺激呈现程序、运行时同步记录反应时间和正确情况。汉字记忆任务为日常常用汉字(以形近字较多)随机出现，实验以“+”开始，然后依次呈现3个不同的汉字，每个汉字之间间隔300 ms，出现时持续500 ms，然后屏幕显示会显示一个“?”，“?”持续时间在第一组至第三组分别为4 300/6 300/8 300 ms，最后出现要测试汉字，被试者判断测试汉字是否属于刚出现过的记忆组内的3个汉字之一，判断时间1 600 ms(图1)。

图1 汉字工作记忆任务的ER实验设计

1．2．2 fMRI数据采集方法：实验采用德国Siemens Trio (Germany)3.0 Tesla超导型磁共振成像系统，在河南省人民医院3.0T磁共振室进行，三维高分辨率磁化准备快速梯度回波成像3D MPRAGE序列行矢状位覆盖全脑扫描。MPRAGE扫描参数：TR/TE =2 000/30 ms，层厚4.0 mm，视野FOV=240 mm×100 mm，矩阵256×256，体素1 mm×1 mm×1.2 mm，扫描时间共7 min。

1．3数据处理使用SPM 8进行数据处理。

2 结果

2．1一般情况共收集健康志愿者40例，年龄(34.28±10.35)岁，受教育年限(13.85±4.40)a。所有病例资料完整，通过用SPM8进行头动校正，头动均控制在1 mm以内，正确率0.87±0.65。

2．2正常健康志愿者脑激活区改变见表1～3。

2．3正常健康志愿者脑激活区图见图2～4。

表1 编码期脑激活区改变

注：P<0.001，体素簇≥10 voxels；MNI为蒙特利尔神经研究所；BA为大脑布鲁德曼分区；“-”为未归属特定脑区

表2 保持期脑激活区改变

注：P<0.001，体素簇≥10 voxels；MNI为蒙特利尔神经研究所；BA为大脑布鲁德曼分区；“-”为未归属特定脑区

表3 提取期脑激活区改变

注：P<0.001，体素簇≥10voxels；MNI为蒙特利尔神经研究所；BA为大脑布鲁德曼分区；“-”为未归属特定脑区

注：显著阈值设为P<0.001，体素簇≥10 voxels图3 彩色区域即为汉字工作记忆保持期激活脑区

注：显著阈值设为P<0.001，体素簇≥10 voxels图4 彩色区域即为汉字工作记忆提取期激活脑区

3 讨论

本研究显示，以上3个时期中均有额叶、楔前叶、楔叶、边缘叶及扣带回的正向激活。注意力的集中与额叶高度相关，尤其BA9/10/11共同构成的前额叶皮层，其参与信息的记忆和回忆。已有研究发现，前额叶-海马回路与工作记忆有关，前额叶信息主要通过扣带回、海马旁回、内嗅皮层等间接传递到海马。Floresco等[1]通过一项八臂迷宫延缓任务研究发现，当可逆阻断大鼠前额叶、海马回路、可使大鼠的计划功能和短时空间记忆能力受损，但可顺利完成短时工作记忆。近期脑功能成像研究发现，楔前叶与许多高水平的认知功能有关，如情景记忆、自我相关的信息处理。当注视发生时，楔前叶与楔叶会激活[2]。楔前叶参与运动行为的发生[3-4]，当我们用手指按压判断键时产生了运动，楔前叶激活。汉字任务状态下被试都在注视屏幕，故3个时期均有激活。边缘叶研究最多的是与情绪记忆有关[5]，扣带回也参与情绪反应，尤其处在紧张状态下时，扣带回的激活越明显[6-8]，正常人在汉字任务的状态下，都会有一定的紧张感，故考虑为边缘叶及扣带回被激活原因。

编码期所有激活的脑区均为正向激活，除上述3个时期共同激活的脑区外，正向激活脑区还有中央前回(BA 4)、枕叶(BA 17/18/19)、岛叶(BA 13)、海马旁回(BA 34)、上前扣带皮层(BA 32)、Broca区。中央前回(BA 4)为初级运动皮层，控制行为运动，同时与丘脑腹外侧核相连，参与认知的过程。研究发现，中文的语言区更接近于大脑运动功能区[9]，故中央前回激活明显。汉字任务时汉字信息的获得主要通过视觉，枕叶为视觉中枢，故激活明显。Broca区与语言的产生有关，Broca区激活明显与汉字为一种语言文字有关。上前扣带皮层负责决策制定的过程，集中注意力参与记忆认知的过程中不能缺少前扣带回的参与[10]。海马旁回参与记忆，且主要在近记忆及瞬时记忆中起重要作用，汉字工作记忆为一种语言相关的短时、瞬时记忆，故海马旁回激活。

保持期除上述共同激活的脑区外，正向激活脑区为杏仁核、上后扣带皮层(BA 31)。杏仁核和上后扣带皮层均属于边缘系统的一部分。包括杏仁核、海马旁回、扣带回、胼胝体等结构组成的边缘系统可形成一个闭合的环路在大脑半球的内侧[11]，参与学习、记忆、情绪调节、行为产生及内脏活动等。考虑与此期汉字工作记忆是否也激活了边缘系统记忆相关环路有关。

负向激活脑区为颞中回、顶叶、角回(BA 39)。颞中回及顶叶部分分叶为听觉性语言中枢的一部分，主要为理解语言的意思。角回参与语义加工，主要侧重于理解。保持期上述区域呈现负向激活，考虑此期大脑通过调控加强短时记忆，而不是加强理解。按照Mckiernan等[12]资源重分配学说，更多的血流流向正向激活脑区以进一步增强工作记忆的功能。

提取期除共同激活脑区外，正向激活脑区为尾状核激活。尾状核头部参与分类处理记忆，具体与背外侧额叶“认知”皮质-纹状体回路相关，尾状核尾部与“视觉”皮质纹状体回路相关[13]，考虑提取期被试者需要对汉字进行分类处理，同时有视觉参与，故整个尾状核均有激活。

上述3个时期均有侧脑室与脑脊液的信号改变。随着认知研究的进展，记忆的研究从皮层到皮层下结构、小脑再到脑干系统，本次汉字工作记忆更有了侧脑室与脑脊液的信号改变。脑脊液主要由侧脑室脉络丛产生。目前已研究发现，脑脊液一些蛋白的改变与认知相关，如轻度认知功能障碍患者脑脊液tau蛋白及β淀粉样蛋白水平发生改变。脑脊液内TNF-α因子的增加，可导致工作记忆和短时工作记忆的下降，而脑脊液及侧脑室的信号改变考虑是否在汉字工作记忆发生时，会有某种物质在侧脑室内脉络丛内产生，然后汇入脑脊液，在编码及保持期该物质起积极作用，增强上述两个时期相应记忆的发生，在提取期记忆的形式发生改变，该物质静息的内在处理被重新打乱，出现了信号改变或伪影。

通过上述研究发现，在汉字工作记忆中，大脑从皮层到皮层下结构均有激活，且出现了脑脊液及侧脑室的信号改变。

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(收稿2017-07-21)

责任编辑：夏保军

StudyofChinesecharacterworkingmemoryonthebrainactivationareabyusingfunctionmagneticresonanceinhealthypersons

ZhangBin﹡，ZhangJiewen，ZhangShuling，ZhangDaopei，FuShengqi，ZhangHongju

﹡ThePeople’sHospitalofZhengzhou，Zhengzhou450000，China

ObjectiveTo study the change in the brain activation area underwent Chinese characters working memory by using functional magnetic resonance (fMRI) in healthy persons．MethodsForty healthy persons underwent fMRI while performing Chinese characters working memory task by using block design．ResultsFrontal lobe，precuneus，cuneus，limbic Lobe，cingulate gyrus were activated in the period of encode，maintain and extraction under Chinese characters working memory，cerebro-spinal and fluid lateral ventricle were activated during the encode and maintain period and were negatively activated in extraction period．In addition to the common activated brain area，all activated brain regions were positively activated during encode period．During the maintain period，precentral gyrus，amygdale and cingulate cortex after 31 (BA) were positively activated and frontal and temporal brain regions and angular gyrus were negatively activated．During the extraction periods，the activated brain regions were caudate nucleus and Broca area．ConclusionIn addition to cortical and cortical and subcortical structures，cerebro-spinal and fluid lateral ventricle are also activated under the Chinese characters working memory．

Chinese characters working memory；fMRI；Brain activation area

R445.2

A

1673-5110(2017)19-0005-05

10.3969/j.issn.1673-5110.2017.19.002

国家“863”计划资助项目(2012AA011603)；河南省科学技术厅科技计划项目(132102610197，1321023100633)；河南省卫生厅重大科技项目(201202023)

△通信作者：张红菊(1966—)，女，医学博士，主任医师，硕士生导师。研究方向：睡眠障碍。Email：hongjuz@sina.com