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正常老年人无意义图形记忆任务的fMRI研究

hc360慧聪网医疗器械行业频道 2004-06-03 10:22:08

[摘要] 目的探讨正常老年人进行记忆任务的实验可行性及激活脑区。方法对11例正常老年志愿者进行无意义图形记忆任务的fMRI实验，实验以组块方式设计，包括第一次记忆组、重复记忆组和再认组。实验数据以SPM99作后处理显示激活脑区。结果 10例受试者的记忆任务完成较好，记忆和再认的激活区域主要集中双侧前额叶、双侧海马旁回(左侧为主)、右侧海马、双侧顶叶(主要为顶上小叶和楔前叶)。记忆编码时海马的激活集中在海马头部，而提取时海马的激活则集中在海马的体部及尾部。结论老年人进行fMRI认知实验具有可行性，记忆的编码和提取时需要内侧颞叶海马系统的参与，但所倚重的脑区有微小的差别。 [关键词] 功能磁共振成像；记忆任务功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)使临床磁共振成像从单一的形态学研究进入了形态与功能相结合的领域。目前fMRI的研究由常见的运动感觉研究向认知记忆等方面深入。但文献研究主要集中在正常年轻志愿者，为了探讨老年人的记忆任务的脑区激活方式和实验可行性，我们设计了fMRI实验。 1 材料与方法从2002年10月-12月，我们对11例正常老年志愿者进行了记忆任务的fMRI研究。其中男5例，女6例，年龄66-80岁，平均年龄71.5岁。志愿者均为右利手，中等以上文化程度，其条件符合：①无任何精神或神经疾病病史；②无心血管病史及内分泌病史；③神经病学和精神心理医学检查无阳性发现；④脑缺血测验得分不超过4分；⑤大脑衰退量表检查处于第一阶段；⑥fMRI实验前进行的常规扫描SE序列T1WI、T2WI上无明显异常发现。扫描在GE Signa l.5T磁共振扫描仪上进行，使用头部正交线圈，受试者头部采用海绵垫固定，通过安装在线圈上的反光镜可以观看屏幕上的图像。任务由C语言编成文件，由计算机自动播放，与计算机连接的投影仪将画面投影到屏幕上。另外有一个特殊设计的按钮盒与计算机相连，由受试者右、左手食指按键。序列及扫描参数为：3DTl，SPGR序列，TR／TEll．3／4.2ms，T1 300ms，翻转角15°，矩阵256×256，层厚1.6mm，间隔0mm，范围从头顶至脑干；RTIPLOC，为TI FLAIR序列，TR／TE1924／7.5ms，T1 750 ms，矩阵256×256，层厚5.0 mm，间隔1.5 mm，层面平行于胼胝体膝部与压部连线，共16层，范围从头顶至小脑；RTIP监控下的BOLD成像序列，为EPI序列，TR／TE3000／40ms，翻转角90°，矩阵64×64，层厚5.0mm，间隔1.5mm，定位完全复制于RTIP LOC，每时相3 s，共109个时相，核磁信号的数据采集在扫描开始后12 s进行，耗时共5 min 39 s。记忆任务采用组块设计，刺激组10个时相，控制组7个时相，以控制组开始，控制组与刺激组交替进行，最后以控制组结束。记忆任务的第一个刺激组由一系列无意义图形构成，呈现时间为3 s，要求受试者对图形进行记忆。第二个刺激组重复第一个刺激组的内容。在第三个刺激组中，呈现的图形由受试者已记忆过的图形和新图形组成，要求受试者对它们进行再认，判断是否出现过，并按下左或右手食指按键表示是或否。第四、五、六个刺激组重复以上过程，由受试者对另一套无意义图形进行记忆和再认。所有任务的控制组要求受试者注视屏幕中央出现的+。扫描过程由工作站(Sun，AW 4.0)的Real Time Image Process(RTIP)软件监控，可以实时显现任务激活的脑区，并且在受试者头动大于5 mm时提示操作者并终止监控。 fMRI数据在Matlab下的SPM99进行后处理，其过程为：头动校正，空间标准化，空间平滑。采用F检验分别得出第一次记忆组、重复记忆组和再认组的脑区激活图(P<0.0001)。各个任务组的平均脑区激活图由志愿者的脑区激活图进行计算平均得到。先将一位受试者的3DTl图像进行空间标准化处理，然后将平均脑区激活图与之叠加，分析各组任务的激活脑区。 2 结果 11例受试者中，10例受试者的记忆任务完成较好，经过数据后处理能得到很好的脑区激活图。第一次记忆组、重复记忆组的平均脑区激活图显示的激活区类似，在双侧前额叶、双侧海马旁回(左侧为主)、右侧海马、双侧梭状回、双侧顶叶(主要为顶上小叶和楔前叶)、双侧颞中回和颞下回的前部、和双侧枕叶显示皮质激活。再认组的平均脑区激活图显示双侧前额叶、双侧补充运动区(supplementary motor area，SMA)、前扣带回、双侧海马旁回和右侧海马、双侧梭状回、双侧顶叶(主要为顶上小叶和楔前叶)和双侧枕叶有激活。再认组中，双侧前额叶的激活区较记忆组的体积增加，而顶叶的激：活较记忆组体积和强度均减小。在记忆组中，海马的激活集中在海马头部，而在再认组中，海马的激活则集中在海马的体部及尾部。 3 讨论 fMRI是近年来发展的一种新的MR技术，其基本原理是BOLD成像。当脑区进行功能活动时，局部脑血流量增加，远远超过局部的耗氧量，使局部的脱氧血红蛋白减少，后者是一种顺磁性物质，它的减少导致局部的MR信号增加。通过数据处理，就可以得到脑区激活图^[1]。本实验设计的目的是考察老年人以视觉形象为内容的陈述性记忆。记忆分为陈述性记忆和非陈述性记忆。陈述性记忆的内容可有意识地回忆出来，可用语言表达和描述，其功能依赖于颞叶海马系统的完整。有两个主要区域在其中特别重要：海马区域和海马旁区(包括海马旁回和嗅周皮层)。海马旁区域将来自于新皮层的输入传递给海马区域。海马主要对新异信息编码，并将信息早期储存于海马旁皮层中，当作一种标准与后来收到的信息进行比较。此外，海马还可以将长时记忆的信息通过投射传送到前额叶。一般来说，海马的活动反映了对既往事件内容的回忆过程，而海马旁区的活动反映对熟悉和不熟悉刺激的分辨过程^[2]。本实验第一次、第二次记忆组的任务主要是对图形信息进行编码和储存，再认组的任务则是对储存信息的提取。脑区激活图显示，海马旁回作为一条重要通路，在记忆组和再认组任务中均呈现激活。海马的激活在不同实验中存在差别。有文献报道在记忆编码阶段内侧颞叶的海马旁回后部被激活，提取阶段则是海马的前部被檄活^[2]。而在另一个实验中，编码新异的信息时海马前部被激活，在处理熟悉的信息及信息提取时海马后部被激活^[3]。我们的结果与后者一致，即信息编码时激活位于海马头部，而提取时则集中在海马的后部。除了颞叶海马系统外，前额叶在记忆的过程中也有一定的作用。对正常年轻人的词语陈述性记忆的研究发现，能明确记住的项目比记忆不清或忘记的项目在左侧前额叶和海马旁回引起更强的激活。这说明海马旁回和前额叶相互依赖，促进记忆。其中左侧前额叶与记忆编码有关，参与建立有意义的语义联系，使信息变得更适于记忆^[4]。图形再认时，以右侧前额叶为主的双侧前额叶参与与记忆提取有关的功能。由于再认比编码需要启动更多的储备资源，因此与编码时的激活相比，双侧前额叶的激活强度和范围均增加。双侧顶上区域的激活，与空间注意有关。本实验中它在编码时的激活较提取时强，说明它对图形记忆编码时的作用大于记忆提取时的作用，这点与Krause等人进行的词语记忆的实验结果不同，他的实验中双侧顶叶在提取阶段激活更强^[5]。但由于实验的记忆内容不同，顶叶在其中所起的综合作用也可能不同。在进行老年人的fMRI实验研究时，应充分考虑到老年人的生理心理特点，尤其应注意控制头动。本研究的扫描过程由工作站(Sun，AW 4.0)的RTIP软件监控，可以实时监控受试者的头动，当试验不符合要求时可以重新进行。国外的一项实验对手指运动与年龄的相关性进行了研究，发现在老年人中，BOLD信号强度较年轻人明显减弱。他们认为随着年龄的增长，fMRI实验显示的激活强度会有一定程度的改变，所以在进行老年患者的fMRI实验研究时，应考虑年龄的影响^[6]。在本组研究中，仅有一位老年受试者配合不好而使实验失败。综上所述，正常老年人在进行图形记忆任务时，记忆编码和提取的激活区域主要集中双侧前额叶、双侧海马旁回(左侧为主)、右侧海马、双侧顶叶(主要为顶上小叶和楔前叶)。记忆编码时海马的激活集中在海马头部，而提取时海马的激活则集中在海马的体部及尾部。
信息来源：谢晟肖江喜白静等


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