太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的低頻振幅能預(yù)測(cè)其情緒控制能力：一項(xiàng)靜息態(tài)研究

吳雨嫣，劉志遠(yuǎn)*，楊光*，郭秀艷

太極是中國傳統(tǒng)文化的一部分。近年來，太極作為一種冥想訓(xùn)練的形式受到了越來越多的關(guān)注[1]，特別是在老年群體中。太極是一種將練習(xí)者的身體、社交、認(rèn)知和冥想等成分融入到一起的運(yùn)動(dòng)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，太極不僅對(duì)人的生理有益，還能對(duì)人的心理產(chǎn)生積極影響。在生理方面，有研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的太極運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的平衡控制、靈活性和心血管健康有良好的影響[3]，能夠緩解高血壓、提高心肺功能和神經(jīng)肌肉功能[4-5]。在心理方面，太極運(yùn)動(dòng)能夠增強(qiáng)老年人的認(rèn)知功能[2]，提高其情緒調(diào)節(jié)能力[6]，進(jìn)而能夠減輕壓力、焦慮、抑郁等負(fù)性情緒[7]。

研究發(fā)現(xiàn)，前額葉在情緒調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[8]。而大量證據(jù)表明，前額葉的結(jié)構(gòu)及功能均會(huì)受到冥想訓(xùn)練的影響。Wei等[9]發(fā)現(xiàn)太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的皮層厚度相對(duì)于控制組更厚；Tao等[10]發(fā)現(xiàn)太極運(yùn)動(dòng)者在靜息狀態(tài)下背外側(cè)前額葉和額上回的功能連接增強(qiáng)；Hernández等[11]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期冥想者前額葉灰質(zhì)體積的增大與更強(qiáng)的情緒控制有關(guān)；Taren等[12]發(fā)現(xiàn)冥想訓(xùn)練能夠增強(qiáng)靜息狀態(tài)下背外側(cè)前額葉和額中回、額下回的功能連接，從而增強(qiáng)認(rèn)知控制和情緒調(diào)節(jié)能力?？傊?，已經(jīng)有大量研究探討了太極運(yùn)動(dòng)者的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接與情緒控制的關(guān)系，但是太極運(yùn)動(dòng)者在靜息狀態(tài)下大腦的低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)是否與情緒控制能力有關(guān)還缺乏研究。

ALFF是一種被廣泛應(yīng)用的磁共振靜息態(tài)研究方法，它通過計(jì)算大腦某區(qū)域在一段較短時(shí)間內(nèi)的低頻振蕩信號(hào)的平均幅度值，反映大腦區(qū)域在該段時(shí)間內(nèi)的自發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度[13-15]。在靜息狀態(tài)下，ALFF能從能量角度反映出大腦各體素自發(fā)活動(dòng)水平的高低[16]。本研究主要探討太極運(yùn)動(dòng)者大腦的ALFF與其情緒控制能力的關(guān)系。筆者預(yù)期太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的ALFF與其冥想分?jǐn)?shù)有關(guān)，并且與其在連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)中的情緒控制能力有關(guān)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

共有28名太極運(yùn)動(dòng)者參與到本研究中，剔除2名在掃描過程中頭動(dòng)過大的被試，最后有26名太極運(yùn)動(dòng)者[18名女性，8名男性，年齡為60～70歲，平均年齡(65.19±2.3)歲]的數(shù)據(jù)納入分析。太極運(yùn)動(dòng)者的太極運(yùn)動(dòng)時(shí)間為(10.44±5.48)年，每天平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間為(66.76±20.51) min，平均受教育程度為(10.46±1.79)年。所有被試均無精神病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，均屬于右利手，并且視力或矯正視力正常。所有被試均自愿參與本研究，且在研究開始前簽署了知情同意書。本研究已獲得華東師范大學(xué)人體實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 問卷

為了獲得太極運(yùn)動(dòng)者的冥想分?jǐn)?shù)，在掃描開始前被試被要求填寫五因素冥想問卷[17]及正念注意覺知量表[18]。兩個(gè)量表的中文版均已被證明具有良好的信效度[16-17]。五因素冥想問卷共包括39個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目的評(píng)分范圍從1(從不或很少)到5(經(jīng)?；蚩偸?。問卷包括5個(gè)子量表，分別對(duì)應(yīng)5個(gè)冥想維度：(1)觀察，指關(guān)注個(gè)體內(nèi)部和外部的刺激，包括感覺、視覺感知、認(rèn)知、情感等；(2)描述，指注意或用文字描述內(nèi)部感受；(3)有意識(shí)的行動(dòng)，指專注于當(dāng)前的活動(dòng)，而不分心在其他的想法或行為上；(4)不判斷內(nèi)在經(jīng)驗(yàn)，指不評(píng)價(jià)自己內(nèi)在的感覺、認(rèn)知和情感；(5)對(duì)內(nèi)在體驗(yàn)的接納，指允許思想和感覺的出現(xiàn)和消失，而不被它們影響。正念注意覺知量表共包含15個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目的評(píng)分范圍從1(總是)到6(幾乎不)，該量表可以反映被試自身專心和全神貫注的情況。結(jié)果顯示，五因素冥想問卷中，觀察為(3.50±0.79)分，描述為(3.55±0.66)分，有意識(shí)的行動(dòng)為(3.68±0.95)分，不判斷為(2.86±0.49)分，接納為(3.58±0.46)分，總分為(17.16±1.83)分。正念注意覺知量表中，總分為(72.54±11.72)分。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

首先獲取被試的靜息態(tài)數(shù)據(jù)，在靜息態(tài)掃描過程中，被試均被要求閉眼放松，保持清醒狀態(tài)，但盡量不要進(jìn)行有意義的思考。靜息態(tài)掃描完成后，被試完成連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)[19]。

連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)的具體內(nèi)容為：每個(gè)被試完成80輪游戲任務(wù)。在每一輪游戲開始時(shí)，會(huì)為被試呈現(xiàn)8個(gè)箱子，其中7個(gè)箱子裝的是收益(金幣)，剩余的一個(gè)箱子中裝的是懲罰(鬼)，鬼的位置隨機(jī)分布(偽隨機(jī))。被試通過按鍵，從左到右依次打開箱子，在打開每一個(gè)箱子之前，被試均有2000 ms時(shí)間來決定是繼續(xù)打開箱子還是停止打開箱子。若被試在2000 ms內(nèi)沒有做出決定，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其打開此箱；若被試選擇繼續(xù)打開箱子，且打開的箱子里裝的是鬼，則本輪游戲結(jié)束，本輪游戲中此前已經(jīng)得到的金幣全部歸零；若被試選擇停止打開箱子收集金幣，則會(huì)看到本輪游戲中得到的金幣和鬼的位置，同時(shí)也可得知錯(cuò)失金幣的個(gè)數(shù)。接下來，被試將會(huì)在結(jié)果界面看到一個(gè)藍(lán)色的框(被試主動(dòng)選擇停止并收集金幣)或紅色的框(被試遇到鬼并損失當(dāng)前試次的金幣)，框內(nèi)內(nèi)容為本輪游戲結(jié)果，本界面呈現(xiàn)時(shí)間為3000 ms。每輪游戲結(jié)果可分為收益(被試在遇鬼前主動(dòng)停止且收集了金幣)和損失(被試遇鬼并失去本試次所收集到的所有金幣)兩種情況。最后，被試基于自己的決策結(jié)果進(jìn)行主觀感受的9點(diǎn)評(píng)分，從-4(極其后悔)到4(極其欣慰)，評(píng)分界面呈現(xiàn)時(shí)間為3000 ms (圖1)。

1.4 掃描參數(shù)

所有被試的腦數(shù)據(jù)均通過西門子3.0 T磁共振成像系統(tǒng)(Magnetom Trio TIM，Siemens，Erlangen，Germany)采集。在掃描中獲得了高清結(jié)構(gòu)像和靜息態(tài)功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，f MRI)圖像。先掃描一個(gè)高清結(jié)構(gòu)像，采用的序列為T1加權(quán)的多平面重建序列(magnetization-prepared rapid acquisition gradient echo，MP-RAGE)。具體掃描參數(shù)為：TR=2530 ms，TE=2.34 ms，層數(shù)=192層，層厚=1 mm，F(xiàn)OV=256 mm×256 mm，矩陣尺寸=256×256。用它對(duì)靜息態(tài)f MRI圖像配準(zhǔn)；然后進(jìn)行靜息態(tài)的f MRI圖像掃描，采用的序列為梯度回波平面成像序列(echo-planar imaging，EPI)。序列參數(shù)為：TR=2000 ms，TE=30 ms，層數(shù)=33層，層厚=4 mm，F(xiàn)OV=192 mm×192 mm，矩陣尺寸=64×64。靜息態(tài)掃描一共得到240幅圖像，掃描時(shí)間為8 min 6 s。

1.5 行為數(shù)據(jù)分析

在行為水平上，課題組在前期研究中引入了一個(gè)指標(biāo)——收益比(real gain-percentage，RGP)，用來表示結(jié)果的好壞程度。RGP是被試每一試次實(shí)際得到的金幣數(shù)和本應(yīng)得到的最多的金幣數(shù)(遇鬼之前的所有金幣數(shù)量)的比值，RGP的值越大，結(jié)果越好。根據(jù)RGP，收益情景可以分為結(jié)果差(0＜RGP≤0.6)，結(jié)果一般(0.6＜RGP≤0.8)和結(jié)果好(0.8＜RGP≤1)3種情況。接著基于情緒評(píng)分，對(duì)每個(gè)被試的結(jié)果進(jìn)行回歸分析。在回歸分析中，將情緒評(píng)分作為因變量，客觀結(jié)果(RGP水平)作為自變量，計(jì)算每個(gè)被試在回歸分析中的回歸系數(shù)。回歸系數(shù)可以視作被試在獲得收益的情境中對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度，且能反映被試的情緒控制能力：回歸系數(shù)越小，被試對(duì)客觀結(jié)果的情緒反應(yīng)(即對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度)越小，就代表個(gè)體的情緒更難受到客觀結(jié)果的影響，被試對(duì)情緒的控制能力越強(qiáng)[20]。

1.6 靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)分析

本研究中靜息態(tài)腦數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及統(tǒng)計(jì)分析均使用MATLAB環(huán)境下的DPARSFA工具包(Data Processing Assistant for Resting-State f MRI Advanced edition；http://www.restfmri.net/forum/DPARSFA)。

首先進(jìn)行預(yù)處理，主要步驟如下：(1)除去前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，排除儀器剛開始掃描不穩(wěn)定而對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，以及被試未適應(yīng)對(duì)腦數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響；(2)時(shí)間層校正，校正在多層掃描過程中所產(chǎn)生的大腦各層數(shù)據(jù)掃描時(shí)間的差異；(3)頭動(dòng)校正，為減少頭動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，令時(shí)間序列中的每一幅圖像都與該序列的第一幅圖像對(duì)齊。排除頭動(dòng)過大的被試，判定標(biāo)準(zhǔn)為：頭部平動(dòng)超過2 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)超過2°；(4)配準(zhǔn)，將分辨率比較低的平均EPI圖像配準(zhǔn)到分辨率高的結(jié)構(gòu)像上；(5)分割，將配準(zhǔn)后的高清結(jié)構(gòu)像進(jìn)行分割為白質(zhì)、灰質(zhì)和腦脊液；(6)空間標(biāo)準(zhǔn)化，利用DARTEL算法將結(jié)構(gòu)像和分割后的組織圖像標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)空間并進(jìn)行重采樣，體素大小為2 mm×2 mm×2 mm；(7)去線性漂移，為去除線性漂移對(duì)數(shù)據(jù)的影響，采用線性回歸的方法；(8)濾波，去除0.01～0.08 Hz以外的低頻與高頻噪聲，所用方法為帶通濾波；(9)去除協(xié)變量，去除白質(zhì)、腦脊液、頭動(dòng)等協(xié)變量對(duì)數(shù)據(jù)的影響；(10)平滑，用半高寬為6 mm的各向同性的高斯核進(jìn)行空間平滑處理，從而提高信噪比。

表1 正念注意覺知量表得分與ALFF值呈顯著負(fù)相關(guān)的腦區(qū)Tab.1 The brain regions where ALFF were negatively correlated with the scores of mindful attention awareness scale

表2 ALFF值與回歸系數(shù)呈顯著正相關(guān)的腦區(qū)Tab.2 The brain regions where ALFF were positively correlated with the regression coeff icient

然后使用工具包DPARSFA進(jìn)行ALFF分析。分析方法概括如下：對(duì)預(yù)處理后某體素的時(shí)間序列進(jìn)行快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻域，得到其功率譜，然后計(jì)算在0.01～0.08 Hz的頻域范圍下該時(shí)間序列功率譜的平方根，功率譜平方根經(jīng)全腦平均后的值即為該體素的ALFF值。

圖1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)流程圖。任務(wù)共有80輪。每輪游戲開始時(shí)，首先呈現(xiàn)注視點(diǎn)，之后界面中呈現(xiàn)8個(gè)箱子，被試從左至右依次打開箱子，在打開每一個(gè)箱子之前，被試均有2000 ms的時(shí)間決定是否打開，若被試在2000 ms內(nèi)沒有做出決定，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其打開此箱；若被試主動(dòng)選擇停止打開箱子并收集金幣(收益情景)或打開了裝有鬼的箱子(損失情景)，則會(huì)看到結(jié)果界面(3000 ms)，最后要求被試根據(jù)自己的主觀感受進(jìn)行9點(diǎn)評(píng)分(3000 ms)Fig. 1 The experiment procedure. Participants completed 80 trials in the scanner. The f ixation was presented at f irst for each trial. Then eight boxes were presented, and participants were asked to open the boxes from left to right. At any stage, participants had 2000 ms to either open the next box or stop. Once the participant stopped or opened the box with the devil, the outcome of this trial was presented for 3000 ms. And at last, the participant was required to rate how they felt for each trial on a 9-point scale for 3000 ms.

圖2 正念注意覺知量表分?jǐn)?shù)與額中回的ALFF值呈顯著負(fù)相關(guān)Fig. 2 The scores of mindful attention awareness scale were negatively correlated with the ALFF in superior frontal gyrus and middle frontal gyrus.

圖3 額中回的ALFF值與對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度呈正相關(guān)Fig. 3 The ALFF in middle frontal gyrus of the Tai Chi exercisers were positively correlated with the sensibility of the objective results.

最后，為了探究太極運(yùn)動(dòng)者大腦的ALFF值與其冥想程度以及在任務(wù)中的情緒控制能力的關(guān)系，將全腦ALFF值與冥想分?jǐn)?shù)和其在任務(wù)中的情緒控制能力作相關(guān)性分析。腦區(qū)活動(dòng)水平通過團(tuán)塊水平的FEW (family-wise error)校正P＜0.05，和體素水平的FDR (false-discovery rate)校正P＜0.05后的結(jié)果被認(rèn)為顯著相關(guān)且會(huì)被報(bào)告，被報(bào)告的坐標(biāo)均為MNI坐標(biāo)。接著通過SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)上一步中有顯著相關(guān)的腦區(qū)的ALFF值(球心為腦區(qū)坐標(biāo)，半徑為6 mm的球)與行為結(jié)果及量表得分進(jìn)行相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)并畫出散點(diǎn)圖，散點(diǎn)圖的呈現(xiàn)有助于讀者的理解。

2 結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者正念注意覺知量表的得分與其額上回(superior frontal gyrus，SFG)(MNI：-14 68 10)和額中回(middle frontal gyrus，MFG)(MNI：-28 64 4)的ALFF值呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)(圖2A，表1)。在進(jìn)行相關(guān)分析前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分布校驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文的行為數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布，于是本研究采取了斯皮爾曼相關(guān)分析。抽取額中回的ALFF值，用正念注意覺知量表的得分與其作相關(guān)(r=-0.513，P＜0.01)，結(jié)果如圖2B。

結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者的額中回(MNI：44 10 40)和額下回(MNI：48 16 32)的ALFF值與其對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度(即回歸系數(shù))呈顯著正相關(guān)(圖3A，表2)。在進(jìn)一步的分析中，抽取額中回的ALFF值，與太極運(yùn)動(dòng)者對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度作相關(guān)分析(r=0.688，P＜0.01，圖3B)。結(jié)果表明，太極運(yùn)動(dòng)者額中回的ALFF值越小，對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度越低，即對(duì)情緒的控制能力越強(qiáng)。

3 討論

本研究把靜息態(tài)fMRI技術(shù)和連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)結(jié)合起來，采用ALFF的分析方法探討了太極運(yùn)動(dòng)者大腦的ALFF值與其冥想水平和情緒控制能力之間的關(guān)系。

3.1 冥想水平與前額葉ALFF值的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者正念注意覺知量表的得分與其額上回和額中回的低頻振幅值呈負(fù)相關(guān)，即太極運(yùn)動(dòng)者的冥想水平越高，他們的前額葉(額上回、額中回)的ALFF值越小。太極作為一種身心訓(xùn)練，包含冥想的成分[21]。它提倡專注于當(dāng)下，不對(duì)外部的刺激和干擾做出判斷[22]，強(qiáng)調(diào)控制自身的呼吸、集中注意力，以產(chǎn)生一種內(nèi)在的平靜[23]。在靜息狀態(tài)下，ALFF能直觀地從能量角度反映出大腦中各體素自發(fā)活動(dòng)水平的高低[16]，所以前額葉自發(fā)的低頻振幅較小，可能是被試內(nèi)心平靜在大腦活動(dòng)中的體現(xiàn)。因此，在本研究中，太極運(yùn)動(dòng)者冥想水平與其在靜息狀態(tài)下前額葉的ALFF值呈負(fù)相關(guān)是可以解釋的，即太極運(yùn)動(dòng)者冥想水平越高，其內(nèi)在越平靜，靜息狀態(tài)下的ALFF值越低。

3.2 前額葉的ALFF值與情緒控制能力的關(guān)系

研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者的額中回和額下回的ALFF值與其對(duì)客觀結(jié)果的敏感程度呈顯著正相關(guān)，即太極運(yùn)動(dòng)者前額葉(額中回和額下回)的ALFF值越小，對(duì)客觀結(jié)果越不敏感，即對(duì)情緒的控制能力越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，冥想作為一種身心訓(xùn)練，可以提高個(gè)體的認(rèn)知控制能力，個(gè)體冥想水平的升高，會(huì)伴隨著其注意控制、情緒控制等能力的增強(qiáng)[1，24]，從而使個(gè)體更難體驗(yàn)到焦慮抑郁等消極情緒，體驗(yàn)到更強(qiáng)烈的幸福感[24-25]。而前額葉在前期研究中一直被認(rèn)為是參與情緒控制的重要腦區(qū)[8]，Morawetz等[26]發(fā)現(xiàn)個(gè)體腹內(nèi)側(cè)前額葉激活的增強(qiáng)與更強(qiáng)的情緒調(diào)節(jié)能力有關(guān)，并且腹外側(cè)前額葉與杏仁核的功能連接增強(qiáng)也會(huì)導(dǎo)致情緒調(diào)節(jié)能力的增強(qiáng)。H?lzel等[27]發(fā)現(xiàn)冥想者內(nèi)側(cè)前額葉的激活增強(qiáng)反映了其對(duì)情緒的控制能力增強(qiáng)。Kaneda等[28]發(fā)現(xiàn)額下回和腹內(nèi)側(cè)前額葉的功能連接與情緒調(diào)節(jié)有關(guān)。本研究采用ALFF的分析方法發(fā)現(xiàn)了在靜息狀態(tài)下太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的ALFF值與其在連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)中的情緒控制能力也有關(guān)系，前額葉的ALFF值越小，其在連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)中對(duì)情緒的控制能力越強(qiáng)。

本研究首次發(fā)現(xiàn)了太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的ALFF值和其情緒控制能力之間的關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)不僅進(jìn)一步延伸了前期的研究，并且對(duì)與老年情緒紊亂相關(guān)的疾病(如抑郁癥、焦慮癥等)的臨床治療也有一定的啟示作用。

3.3 本研究的局限性

本研究也存在一些不足之處，例如：本文的被試均為太極運(yùn)動(dòng)者，沒有將非太極運(yùn)動(dòng)者納入本研究中。另外，本研究只是初步研究，被試僅有26人，在后續(xù)研究中，筆者將繼續(xù)增加樣本量，通過大樣本大數(shù)據(jù)從而得到更加匯聚的結(jié)果。

4 小結(jié)

本研究采用靜息態(tài)f MRI技術(shù)探討了太極運(yùn)動(dòng)者大腦的低頻振幅與其情緒控制能力的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者的冥想程度與其前額葉的ALFF值呈顯著負(fù)相關(guān)，即他們?cè)谡钭⒁庥X知量表中的得分越高，額上回和額中回的ALFF值越低。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的ALFF值與其情緒控制能力有關(guān)，即他們?cè)陟o息狀態(tài)下額中回和額下回的ALFF值越低，在連續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)中的情緒控制能力越強(qiáng)。這些結(jié)果表明，在靜息狀態(tài)下，太極運(yùn)動(dòng)者前額葉的ALFF值與其冥想分?jǐn)?shù)有關(guān)，并且還能預(yù)測(cè)他們?cè)谶B續(xù)風(fēng)險(xiǎn)決策任務(wù)中的情緒控制能力。