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fmri在正常青年患者计算时脑活动情况的分析 计算是人类最基本的思维活动之一。通过计算任务研究大脑的活动机制已成为国内外对大脑活动的研究领域。目前国内进行计算任务的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究尚不多见。本实验通过对正常青年受试者计算任务的fMRI进行研究分析,探讨计算情况下的脑部活动。 1 数据和方法 1.1 治疗前脑图像 受试者为医学院学生,共18例,均身体健康,无严重的神经系统疾病史和精神病药物服用史。双眼裸眼视力或矫正视力正常(近视者扫描时佩戴隐形眼镜)。所有受试者均为大专及以上学历,17例为右利手,1例为左利手。其中男10例,女8例,年龄18~24岁,平均21岁。 1.2 激发回波时间和激发反应时间计算正确率 采用Philips公司1.5T超导型Eclipse磁共振成像系统。头正交线圈。受试者实验时仰卧,头部加用软海绵固定于线圈内以减少头部运动。实验任务由E-prime编成文件,由磁共振机EPI序列脉冲控制计算机自动同步播放,与计算机连接的投影仪将任务内容投影到屏幕上。受试者通过安装在线圈上的反光镜可以观看屏幕上的内容。另外有一个按钮盒作为反馈系统与计算机相连,由E-prime软件接收受试者的反馈信息,来统计受试者的不同任务的计算正确率和反应时间。先使用自旋回波(SE)脉冲序列获取20层横轴面T1W解剖图像,扫描参数为:TR 500 ms,TE 12.1 ms,翻转角90°,层厚6 mm,无间隔,矩阵192×256,激励次数(NEX)2。然后采用BOLD技术, 应用单次激发回波平面成像梯度回波序列(gradient EPI),在T1WI同样的层面上进行功能成像。EPI扫描参数为: TR 3000 ms,TE 40 ms,翻转角90°,视野(FOV)24 cm×24 cm,矩阵64×64,层厚6 mm,无间距,激励次数(NEX)1。简单、复杂计算间隔以静息期,简单、复杂计算激发和采集期次数各为40次,全期160次。同时我们也对每个受试者作全脑容积扫描以获得全脑3D图像,容积扫描(RAPID PRE)参数为:TR 11 ms,TE 3.98 ms,翻转角35°,视野(FOV)24 cm×24 cm,矩阵128×256,层数100,层厚1.5 mm,无间距,激励次数(NEX)3。受试者在接受检查前均接受短暂培训,以期能全力配合。 1.3 做难以操作的任务,s 本试验采用组块设计。任务组分为简单任务和复杂任务两个水平。简单任务为20以内不退位减法,复 杂任务为二位数退位减法。减法公式呈现时间2500 ms,中间间隔500 ms,在这3 s当中,要求被试者判断减法公式的结果是否正确,当计算任务的结果和给出的答案相符时,右手食指按1键;如不符,右手中指按2键。对照组采用无运算符号且与任务组等长字符的数字串,判断出现数字的奇偶,数字串呈现时间2500 ms,中间间隔500 ms,奇数右手食指按1键;偶数,右手中指按2键。任务组与对照组交替出现,共重复4次。简单任务与复杂任务的排列顺序由随机量表决定。共获取EPI图像3200幅。 1.4 统计分析及过程 首先对实验中电脑记录的受试者反应正确率进行检查,将简单计算及复杂计算任务中正确率低于80%的受试者数据舍弃(如受试者在按键时有缺失,则计算正确率时该计算个数从总数中删去)。采用SPSS 11.0软件比较简单及复杂数学计算任务的反应时间及准确率有无统计学差异,检验水准α=0.05。 采用SPM2软件系统对fMRI实验数据作统计分析。预处理包括运动校正、空间标准化和空间平滑处理。将运动校正中检测到头部三维平移超过0.5 mm、三维旋转超过0.5°的数据舍弃。统计阈值概率设定为P0.001,激活范围阈值设定为20个像素,即连续激活像素数达到20以上的区域考虑为有意义激活区。 后处理方式采用两种:组分析及组间分析。组间分析:对每个志愿者实验数据进行独立分析,将获得的脑激活图叠加于Talairach标准三维模板脑,记录各主要激活区的激活例数。获取简单比控制,复杂比控制的t检验后的脑激活图,进行功能区定位。组分析:将志愿者的实验数据进行链接,一同进行二次统计分析,获得简单与复杂计算的平均脑激活图,叠加于Talairach标准三维模板脑,获取简单及复杂计算中激活脑区的面积及强度。 2 平均激活图 18例受试者中,均无头部三维平移超过0.5 mm、三维旋转超过0.5°的病例。18例受试者的反应时间、正确率见表1。 18例受试者中,2例复杂计算任务中正确率低于80%,故舍去不用;1例为左利手,另作分析。15例受试者的平均激活图(图1~4)显示:简单计算中,主要见双侧顶上、下小叶、双侧额前区激活。另外,右侧中央沟、枕叶及左侧