兩種語言刺激模式對語言區(qū)顯示效果的對照研究*

劉樹永 李 敏 李玉報 張有軍 耿道穎

(1.泰山醫(yī)學(xué)院附屬泰山醫(yī)院放射科，山東 泰安 217000；2.復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院放射科，上海 200040)

血氧水平依賴性功能磁共振成像技術(shù)(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance image，BOLD-fMRI)已經(jīng)為在活體上進(jìn)行腦功能形態(tài)學(xué)的研究開辟出了嶄新的道路，并為進(jìn)一步揭示人類特有的語言思維活動機(jī)制提供了一種無創(chuàng)的理想技術(shù),本研究通過對比兩種不同刺激模式語言任務(wù)在fMRI中激活的腦功能區(qū)，探討在語言加工過程中這些功能區(qū)激活的意義，從而為國內(nèi)外語言學(xué)的基礎(chǔ)及臨床失語研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1研究對象

選擇2007年1月至2008年3月社會健康志愿者20名，男女各10例，年齡30～46歲，平均年齡38.5歲,入組檢查者母語均為漢語，右利手，學(xué)歷均為高中以上。所有檢查者均簽署知情同意書。實驗儀器采用復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院3.0T GE Signa VH/iMRI MRI掃描儀進(jìn)行檢查,利用8通道頭部線圈發(fā)射及采集信號。

1.2實驗步驟

實驗任務(wù)共2種，分別為圖片命名任務(wù)，語義聯(lián)想任務(wù)。語義聯(lián)想任務(wù)所用詞匯來自《漢語頻率詞典》中高頻率字或詞，即頻率大于30次/百萬；圖片命名任務(wù), 采用Snodgrass and Vanderwart 標(biāo)準(zhǔn)圖譜；所有任務(wù)均采用組塊設(shè)計，總時間3分12秒,每個Block為30秒，每個任務(wù)均有6個Block，組塊間以“+”呈現(xiàn)30秒，作為靜息狀態(tài)以對照。其中圖片命名任務(wù)中每張圖片呈現(xiàn)3秒，語義聯(lián)想任務(wù)每張圖片呈現(xiàn)6秒。圖片命名任務(wù)：圖片呈現(xiàn)時，用唇讀方式將圖片名稱講出；語義聯(lián)想任務(wù)：呈現(xiàn)一個詞，如“水果”，讓受試者在任務(wù)呈現(xiàn)時間內(nèi)盡量多產(chǎn)生其相關(guān)詞，如“香蕉”、“桔子”、“蘋果”等詞語。任務(wù)通過電腦投射到受試者頭側(cè)的投影儀，實驗者通過其眼睛上方磁共振線圈上配置的反光鏡即可看到任務(wù)并配合完成任務(wù)。檢查過程中受試者頭部兩側(cè)加以海綿墊，以防止頭動。

1.3掃描技術(shù)

結(jié)構(gòu)像掃描采用SE序列采集橫軸位T1WI結(jié)構(gòu)像,TR/TE=500 ms/minfull,層厚5mm,間隔0mm,分辨率256×256,FOV=240×240 mm,NEX=1；功能成像程序采用梯度回波序列(GRE-EPI)序列 ,TR=3000 ms,TE=35 ms,分辨率64×64,FOV=240×240mm；快速擾相位梯度回波翻轉(zhuǎn)恢復(fù)(FSPGRIR)脈沖序列(T1加權(quán))掃描,層厚1 mm,間隔0, TR=6.4 ms ,TE=1.6 ms , TI=40 ms，帶寬=31.25KHz，分辨率256×256,FOV=240×240 mm,Nex=1

1.4數(shù)據(jù)處理 使用AFNI(Analysis of Functional NeuroImage)軟件處理圖像數(shù)據(jù)。功能掃描圖像,進(jìn)行去基線漂移,頭動調(diào)整對齊,歸一化(將信號強(qiáng)度調(diào)整成信號變化百分比)等預(yù)處理；通過反卷積方法找到每個被試每個任務(wù)的激活區(qū)域(P<0.01的相鄰四個或四個以上體素作為是一個激活簇,在激活圖譜中保留,激活簇中的體素賦值為1,其他體素為0)；將每個被試的每個任務(wù)的激活圖譜轉(zhuǎn)換到Talairach標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)下；同一個任務(wù)的激活圖譜代數(shù)疊加,作為該任務(wù)在該組被試的功能區(qū)分布圖譜；將同組被試的所有任務(wù)激活圖譜取邏輯“或”運(yùn)算,之后在該圖上畫出若干感興趣區(qū)域(ROI)；將這些ROI對應(yīng)的圖譜返回到每個被試的原始坐標(biāo)系下,將被試落在同一個ROI中的所有體素的功能掃描的時間曲線平均,作為該組該被試在完成該任務(wù)時在該腦區(qū)的BOLD信號時間曲線,用于組內(nèi)定量比較。

1.5統(tǒng)計分析 采用SPSS12.0分析軟件。男女同一感興奮區(qū)(ROI)比較采用兩樣本t檢驗，若數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用非參數(shù)統(tǒng)計中兩樣本t檢驗：Mann-Whitney Test。

2 結(jié) 果

2.1圖片命名任務(wù)下激活腦區(qū)

女性組：雙側(cè)梭狀回，雙側(cè)島葉、額下回、額中回(以左側(cè)為著)、額葉背外側(cè)區(qū)、頂上小葉(均以左側(cè)為著)，左側(cè)角回，雙側(cè)顳上回，輔助運(yùn)動區(qū)，雙側(cè)小腦半球及枕葉。男性組激活腦區(qū)基本同女性組，僅左側(cè)額中回(Broca9區(qū)前部)腦區(qū)激活體素較女性組減少，統(tǒng)計學(xué)處理無差異；其它腦區(qū)兩組間比較無明顯差異。因為雙側(cè)前運(yùn)動區(qū)與口唇運(yùn)動有關(guān)，故未列入統(tǒng)計學(xué)處理中。各腦區(qū)平均激活體素及強(qiáng)度見表1，圖1。

圖片命名任務(wù)下平均激活腦區(qū)如下：雙側(cè)島葉、額下回；額中回，雙側(cè)額葉背外側(cè)區(qū)、頂上小葉、顳上回，左側(cè)角回，輔助運(yùn)動區(qū)，及雙側(cè)小腦半球及雙側(cè)枕葉及雙側(cè)梭狀回等。

2.2語義聯(lián)想任務(wù)下激活腦區(qū)

女性組：雙側(cè)島葉、額下回、額中回、額葉背外側(cè)區(qū)(均以左側(cè)為著)，左側(cè)角回，雙側(cè)顳上回，輔助運(yùn)動區(qū)，雙側(cè)小腦半球、枕葉及梭狀回,其中右側(cè)尾狀核及左側(cè)頂上小葉少量激活。男性組激活腦區(qū)基本同女性組，其中右側(cè)尾狀核頭部，左側(cè)背側(cè)丘腦，扣帶回前部及左側(cè)頂上小葉激活較女性組明顯，統(tǒng)計學(xué)處理無明顯差異。各腦區(qū)平均激活體素及強(qiáng)度見表2，圖2。

表1 圖片命名任務(wù)下平均激活強(qiáng)度及體素表

注：P=0.01,T值=5.94

表2 語義聯(lián)想任務(wù)下平均激活強(qiáng)度及體素表

注：P=0.01,T值=5.94

2.3兩種任務(wù)間激活腦區(qū)的差異

圖片命名任務(wù)-語義聯(lián)想任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)：雙側(cè)梭狀回、枕葉、額葉背外側(cè)及右側(cè)頂上小葉(圖3)。

圖1 圖片命名任務(wù)下平均激活腦區(qū)如下：雙側(cè)島葉、額下回；額中回，雙側(cè)額葉背外側(cè)區(qū)、頂上小葉、顳上回，左側(cè)角回，輔助運(yùn)動區(qū)，及雙側(cè)小腦半球及雙側(cè)枕葉及雙側(cè)梭狀回等。

圖2 語義聯(lián)想任務(wù)下平均激活腦區(qū)如下：雙側(cè)島葉、額下回、額中回、額葉背外側(cè)區(qū)，左側(cè)角回、左側(cè)頂上小葉少量激活，雙側(cè)顳上回，輔助運(yùn)動區(qū)，雙側(cè)小腦半球及枕葉、梭狀回及右側(cè)尾狀核少量激活。

圖3 語義聯(lián)想任務(wù)-圖片命名任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)(紅色區(qū)域)：左側(cè)額中回、輔助運(yùn)動區(qū)；圖片命名任務(wù)-語義聯(lián)想任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)(藍(lán)色區(qū)域)：雙側(cè)梭狀回、枕葉、額葉背外側(cè)及右側(cè)頂上小葉。語義聯(lián)想任務(wù)-圖片命名任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)(紅色區(qū)域)：左側(cè)額中回、輔助運(yùn)動區(qū)；圖片命名任務(wù)-語義聯(lián)想任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)(藍(lán)色區(qū)域)：雙側(cè)梭狀回、枕葉、額葉背外側(cè)及右側(cè)頂上小葉。

3 討 論

語言是人類的一種高級認(rèn)知功能，語言區(qū)在腦內(nèi)的分布廣泛，變異性較大，中國人語言區(qū)的分布位置，我們只是根據(jù)經(jīng)典的解剖部位確定，必然帶來偏差。Bold-fMRI作為一種新的影像功能技術(shù)，因其成像原理的特異性，近年來作為語言功能的一種定位方法，已經(jīng)部分在臨床中應(yīng)用。

3.1圖片命名任務(wù)下激活腦區(qū)分析

雙側(cè)額下回后部及雙側(cè)島葉激活，均以左側(cè)為著，左側(cè)額下回的激活與任務(wù)的產(chǎn)詞有關(guān)，文獻(xiàn)[1，2]中提到在日文語言背景下執(zhí)行相似語言任務(wù),左側(cè)額下回均明顯激活，提示左側(cè)額下回為語義加工相對特異腦區(qū)；左側(cè)島葉的激活解釋為詞語的產(chǎn)生過程中伴隨語音加工的完成[3]；雙側(cè)顳上回后部激活，考慮與對圖片的加工理解有關(guān)；雙側(cè)額中回前部、額葉背外側(cè)區(qū)的激活考慮為此兩個腦區(qū)參與注意，執(zhí)行控制及語義網(wǎng)絡(luò)搜索和再現(xiàn)作用等過程[4]；頂上小葉與空間信息表達(dá)、空間工作記憶有密切關(guān)系[5]；雙側(cè)梭狀回(即雙側(cè)顳枕交界區(qū))的激活考慮與其圖形識別功能有關(guān)[6]。同時實驗中發(fā)現(xiàn)左側(cè)額下回，島葉等多個腦區(qū)的激活體素明顯高于右側(cè)鏡像區(qū)，證明了右利手受試者語言的優(yōu)勢半球多位于左側(cè)大腦半球。

3.2語義聯(lián)想任務(wù)下激活腦區(qū)分析

激活腦區(qū)基本同圖片命名任務(wù)，其中右側(cè)島葉的激活可能與發(fā)音復(fù)誦加工有關(guān)[7]；雙側(cè)梭狀回的激活體素明顯低于圖片命名任務(wù)下，考慮與圖片中包含更多的圖形信息有關(guān)；左側(cè)額下回激活的體素明顯高于圖片命名任務(wù)下，考慮與任務(wù)的難度和任務(wù)本身的性質(zhì)有關(guān)；右側(cè)顳上回的激活可能與漢字特有的音調(diào)及音高的識別有關(guān)[8]。本實驗中左側(cè)背側(cè)丘腦、右側(cè)尾狀核頭部出現(xiàn)激活，考慮可能參與和語言有關(guān)的啟動效應(yīng)、邏輯推理、語義處理 、語法記憶[9，10]等復(fù)雜的認(rèn)知和記憶功能,起到對語言過程進(jìn)行視覺詞性加工、整理和協(xié)調(diào)的作用。

3.3兩種任務(wù)間激活腦區(qū)差異性分析

圖片命名任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)：雙側(cè)梭狀回、枕葉、額葉背外側(cè)及右側(cè)頂上小葉，分析與圖片命名任務(wù)下上述腦區(qū)參與了更多的圖形識別及空間感知任務(wù)有關(guān)[5，6]；語義聯(lián)想任務(wù)相對優(yōu)勢腦區(qū)：左側(cè)額中回，輔助運(yùn)動區(qū)等，分析與上述腦區(qū)參與了更多的空間工作記憶[11]及與任務(wù)難度有關(guān)等。

總結(jié)上述研究結(jié)果，我們得出以下結(jié)論：不同的語言刺激任務(wù)根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)和難度不同激活腦區(qū)及強(qiáng)度略有不同，語言任務(wù)的完成均需多個腦區(qū)的協(xié)同作業(yè)。

[1] Tatsumi IF, Fushimi T, Sadato N, et al. Verb generation in Japanese -A multicenter PET activation study[J]. Neuroimage, 1999,9(1): 154-164.

[2] Brackenbury T,Pvec.Semantic deficits in children with language impairnents:issues for clinical assessment[J].Lang Speech Hear Serv Sch,2005,36(1):5-16.

[3] Berger A , Posner M I. Pathologies of brain attentional networks[J]. Neuroscience and Biobehavioral Review,2000,24(1):3-5.

[4] Rissman J,Eliassen JC,Blumstein SE, An event-related FMRI inves- tigation of implicit semantic priming[J].J Cogn Neurosic, 2003, 15(8): 1160-1175.

[5] Zimmer HD.Visual and spatial working memory:from boxes to networks[J]. Neurosci Biobehav Rev,2008,32(8):1373-95.

[6] Xue G,Poldrack RA.The neural substrates of visual perceptual learning of words:implications for the visual word form area hypothesis[J].J Cogn Neurosci,2007,19(10):1643-1655

[7] Damasio H, Grabowski TJ, Tranel D, et al. A neural basis for lexical retrieval[J]. Nature .1996,380(6574):499-505.

[8] Zatorre R J , Evans A C , Meyer E , et al. Lateralization of phonetic and pitch processing in speech perception[J]. Science,1992,256(5058) : 846-849.

[9] Parsons LM , Osherson D. New evidence for distinct right and left brain systems for deductive versus probabilistic reasoning[J] . Cereb Cortex ,2001,11(10):954-965.

[10] Martin M , Hinojosa JA , Gomez J,et al. An early electrophysiological sign of semantic processing in basal extrastriate areas[J]. Psychophy- siology ,2001,38(1):114-124.

[11] Courmey SM，Petit L，Malsog JM，et a1．An area specialized for spatial working memory in human frontal cortex[J].Science，1998，279(5355)：1347-1351．