人類色覺及屈光參差性弱視視覺運動覺皮層激活特征的fMRI研究.pdf

1、研究目的和意義 1．探討隨機點動態(tài)運動圖作為刺激源是否能夠對參與視覺運動覺處理的大腦皮層區(qū)域進行準確的功能定位，并在此基礎上進一步觀測在不同相干水平運動情況下，相關大腦皮層的血氧水平依賴反應特點。 2．對人類大腦顏色信息處理皮層進行功能定位；研究在不同時間頻率情況下，紅綠等亮度顏色刺激視皮層功能定位情況及其皮層反應特征。 3．在正常人研究的基礎上，進一步研究人類屈光參差性弱視的視覺相干運動知覺皮層反應特征。以期能

2、進一步揭示屈光參差性弱視視覺運動功能缺陷的可能皮層機制，為早期發(fā)現(xiàn)和早期治療潛在的弱視病人提供理論依據并幫助臨床根據弱視不同的腦功能區(qū)損害特點進行有針對性的診療。 材料與方法 1．被試分組 ①正常人視覺運動覺受試者：共12例志愿者，其中男7例，女5例，均為大學在讀本科生或研究生，年齡21-29歲，平均(23.5±2.5)歲，均根據標準量表確定為右利手。雙眼裸眼視力為0.5或0.5以上，矯正視力為1.0以上，雙眼屈

3、光差值小于等于0.50D。其中3名被試由于頭動過于明顯，數(shù)據因而被舍棄，未作進一步分析。 ②正常人色覺受試者：共8例志愿者，其中男5例，女3例，均為大學在讀本科生或研究生，年齡20-29歲，平均((23.8±3.2))歲，均根據標準量表確定為右利手。雙眼裸眼視力為0.5或0.5以上，矯正視力為1.0以上，雙眼屈光差值小于等于0.50D。 ③屈光參差性弱視覺運動覺受試者：共6例，其中男3例，女3例，年齡6-15歲，平均(1

4、1.0±3.8)歲。均由西南醫(yī)院眼科提供。所有被試通過對心理學表格的測試保證均為右利手。實驗前均在我院眼科進行擴瞳檢影及試片，所有被試均符合1996年中華醫(yī)學會全國兒童弱視、斜視學組制定標準。 所有被試均無其它嚴重眼部疾病及神經系統(tǒng)疾患，無嚴重全身性疾病，且于實驗前詳盡告知實驗過程及實驗中需注意事項并簽署書面知情同意書，以取得被試的良好配合。 2．成像方法 掃描使用SIEMENS Magnetom Sonata

5、1.5T超導型全身磁共振成像系統(tǒng)。采用標準正交頭線圈。結構像掃描：采用快速自旋回波序列行全腦軸位無間隙掃描，掃描平面平行于距狀裂，T1加權像，TR/TE：500/7.7ms，層厚：7.0mm，F(xiàn)OV：220mm×192.5mm，矩陣：256×224，掃描層數(shù)：15；功能像掃描：采用回波平面成像序列行全腦軸位無間隙掃描，掃描平面平行于距狀裂，T2<'*>加權像，TR/TE：2000/60ms，翻轉角：90°，層厚：7.0mm，F(xiàn)OV：23

6、0mm×230mm，矩陣：64×64，掃描層數(shù)：15；三維結構像掃描：采用三維磁化準備快速采集梯度回波序列行全腦矢狀位無間隙掃描，T1加權像，TR/TE：1900/1.87ms，翻轉角：15°，掃描層數(shù)：128，F(xiàn)OV：230mm×230mm，矩陣：256×256。 3．刺激材料及其呈現(xiàn) ①正常人視覺運動覺刺激材料：基于Matlab7.1軟件平臺，采用國際通用的視覺研究自由軟件包PsychToolbox2.54設計的隨機

7、點動態(tài)運動圖作為刺激源。采用組塊設計，控制狀態(tài)與任務狀態(tài)交替呈現(xiàn)，任務狀態(tài)采用三水平的參數(shù)設計，具體為：在屏幕上呈現(xiàn)200個隨機點，運動相干水平分別為5％，20％，80％。按5％、20％、80％、20％、80％、5％、80％、5％、20％、5％、20％、80％順序呈現(xiàn)，共12個組塊，每個持續(xù)10s，刺激之間為10s的控制狀態(tài)，刺激呈現(xiàn)后為10s的靜息狀態(tài)，總時間10s×12×2+10s=250s。 ②正常人色覺刺激材料：基于Ma

8、tlab7.1軟件平臺，采用國際通用的視覺研究自由軟件包PsychToolbox2.54設計的等亮度紅一綠色盤作為刺激源。采用組塊設計，控制狀態(tài)與任務狀態(tài)交替呈現(xiàn)，任務狀態(tài)采用三水平的參數(shù)設計，具體為：屏幕上呈現(xiàn)分別以1Hz，4Hz，15Hz閃動的等亮度紅．綠色盤，其中心為“+”或“×”字。實驗前對每個參與被試采用混合顏色閃爍測光法對紅綠顏色進行等亮度校正。在沒有閃動的紅．綠色盤期間，屏幕中央將呈現(xiàn)“+”或“×”。刺激源呈現(xiàn)背景為均一的

9、等亮度橙黃色。刺激按15Hz、4Hz、1Hz、4Hz、1Hz、15Hz、1Hz、15Hz、4Hz、15Hz、4Hz、1Hz順序呈現(xiàn)，共12個block，每個持續(xù)12s，刺激之間為12s的控制狀態(tài)，刺激呈現(xiàn)后為12s的靜息狀態(tài)，總時間12s×12×2+12s=300s。 ③屈光參差性弱視視覺運動覺刺激材料：基于Matlab7.1軟件平臺，采用國際通用的視覺研究自由軟件包PsychToolbox2.54設計的隨機點動態(tài)運動圖作為刺激

10、源。采用組塊設計，控制狀態(tài)與任務狀態(tài)交替呈現(xiàn)，任務狀態(tài)為：在屏幕上呈現(xiàn)200個隨機點，其中有5％的點向同一方向運動，其余的點作隨機運動，共12個組塊，每個持續(xù)10s，刺激之間為10s的控制狀態(tài)，刺激呈現(xiàn)后為10s的靜息狀態(tài)，總時間10s×12×2+10s=250s。所有刺激材料均采用Samrtec SA-8800fMRI刺激系統(tǒng)套件(深圳市美德醫(yī)療電子技術有限公司生產)呈現(xiàn)。通過位于磁共振操作間的任務控制電腦控制，刺激圖形通過投影機投照

11、到磨砂玻璃上，被試者通過頭部前方的反光鏡中觀察圖像。受試者平臥于磁共振檢查床內，由頭盔將頭固定在正交頭線圈上，通過注視額前方固定的反光平面鏡被動觀察毛玻璃屏上的刺激圖像。實驗獲取數(shù)據時，除了來自顯示屏的光線外，被試所處環(huán)境中無其它光源。 4．數(shù)據處理 所有數(shù)據均采用國際上通用的自由軟件AFNI和社會科學統(tǒng)計軟件包SPSS13.0進行離線處理和統(tǒng)計分析。處理步驟為：首先將數(shù)據由DICOM格式轉換為AFNI所能識別的NIfT

12、I格式，依次進行時間轉換、層內及層間圖像配準、各向同性空間高斯平滑(半寬全高FWHM=5mm)、將絕對MR信號改變轉換為相對的MR信號改變百分比以便被試內及被試間比較分析、空間標準化(采用Talairach-Tournoux空間坐標系)，在空間標準化過程中同時對功能像進行3mm×3mm×3mm重采樣處理。然后對每個受試者的功能序列數(shù)據進行反卷積分析，將剛體運動參數(shù)引起的偽影特征模型作為無關回歸因子從系統(tǒng)反應中剔除，從而獲得相應刺激的腦功

13、能激活圖(正常人視覺運動覺閾值：F=5.001，P<4.1×10<'-4>；正常人色覺閾值：F=5.000，P<8.1×10<'-8>；屈光參差性弱視視覺運動覺閾值：F=5.009，P<4.0×10<'-4>)。最后將各被試反卷積分析得到的各相干水平的MR平均信號改變百分比進行方差分析，得到平均激活圖。 結果分析 1．視覺運動刺激激活區(qū)在雙側顳下溝升支和枕外溝交匯處，其左、右側激活區(qū)的Talairach中心坐標分別為(4

14、2.9，66.0，3.5)、(-42.5，63.5，3.8)，左、右半球hMT+區(qū)在相干水平為5％、20％、80％情況下激活體積分別為(946.9±267.9)ml、(756.0±319.5)ml、(621.0±139.9)ml、(658.1±192.1)ml、(516.0±172.4)ml、(307.1±29.7)ml。同時激活的還有V1區(qū)(激活概率28/2×3×9)，hV3A(激活概率46/2×3×9)以及其他幾個枕顳、枕頂、頂葉及

15、顳葉相關區(qū)域。 2．等亮度紅綠顏色刺激區(qū)在激活雙側枕顳交界區(qū)腹側面的梭狀回，該腦回位于側副溝外，其左、右側半球激活區(qū)的Talairach中心坐標分別為(27.4，68.5，-10.1)、(-30.5，72.6，-11.3)，左、右半球V4區(qū)在時間頻率為15Hz、4Hz、1Hz情況下激活體積分別為(472.5±159.4)ml、(864.0±103.1)ml、(1463.3±292.2)ml、(418.5±126.7)ml、(77

16、9.7±111.3)ml、(1505.3±356.4)ml。同時激活的還有V1/V2等視區(qū)。 3．在弱視眼矯正前后和對側眼均可見雙側或單側hMTT+激活。弱視眼屈光矯正前、后hMT+區(qū)激活范圍均明顯小于對側眼刺激時hMT+區(qū)激活范圍(P值均為0.002)；弱視眼屈光矯正前、后hMT+區(qū)激活范圍間比較無顯著統(tǒng)計學意義(P值為0.076)。 結論 1．隨機點動態(tài)運動圖刺激能對參與視覺運動覺處理的大腦皮層區(qū)域進行準確的

17、功能定位；hMT+區(qū)的激活體積隨著相干水平的提高而減小。該研究對人類視覺運動覺皮層處理位置進行了準確的功能定位，提示了視覺運動相干水平與hMT+區(qū)反應特征的關系，為我們進一步研究病理狀態(tài)下人類視覺運動覺皮層反應特征提供了理論基礎。 2．等亮度等亮度紅．綠色盤刺激能有效激活人類顏色信號處理中心V4區(qū)。V4區(qū)對低時間頻率敏感度較高，對高時間頻率的敏感度較低。該研究對人類色覺皮層處理中心進行了準確的功能定位，提示了人類色覺皮層時間頻率

18、反應特征。 3．在弱視眼矯正前后和對側眼均可見雙側或單側hMT+或V3A的激活。弱視眼屈光矯正前、后hMT+區(qū)激活范圍均明顯小于對側眼刺激時hMT+區(qū)激活范圍(P值均為0.002)；弱視眼屈光矯正前、后hMT+區(qū)激活范圍間比較無顯著統(tǒng)計學意義(P值為0.076)。該研究從fMRI角度進一步證實了屈光參差性弱視可能存在視覺運動功能缺陷，為早期發(fā)現(xiàn)和早期治療那些潛在的弱視病人提供理論依據并能幫助臨床根據弱視不同的腦功能區(qū)損害特點進行