臧玉峰

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)泛指所有可用于測量腦功能特點的磁共振成像技術(shù)，但狹義的fMRI，通常指基于血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent, BOLD)技術(shù)，通常稱為BOLD-fMRI。此外，越來越多的學(xué)者也將動脈自旋標記(arterial spin labeling, ASL)技術(shù)稱為fMRI，本文稱之為ASL-fMRI。BOLD-fMRI主要反映的是脫氧血紅蛋白的變化，而ASL-fMRI主要反映的是腦血流的變化。盡管有學(xué)者認為ASL-fMRI技術(shù)可以更好地反映神經(jīng)活動，但ASL-fMRI技術(shù)還不夠成熟，其應(yīng)用研究遠不如BOLD-fMRI多。本文以下提到的fMRI，均指BOLD-fMRI。

fMRI非常適合研究人腦的功能：fMRI兼有較好的時間分辨率(通常采用2～3秒，最快可達到約80 ms)和空間分辨率(通常采用3～4 mm，可達到約0.5 mm)，不需要注射對比劑，無侵襲性。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，fMRI已經(jīng)是研究人腦高級功能不可替代的手段，在臨床基礎(chǔ)研究中也正在發(fā)揮越來越大的作用。絕大多數(shù)BOLD-fMRI研究，都需要在掃描過程中，讓被試執(zhí)行某種認知任務(wù)。1995年發(fā)表了第一篇不采用任何任務(wù)的所謂“靜息態(tài)”(resting state)fMRI(RS-fMRI)[1]，RS-fMRI受到了重視。RS-fMRI的BOLD信號主要反映了自發(fā)腦活動[2,3]。由于RS-fMRI簡單方便，病人很容易配合，對于腦異常功能的定位非常有幫助。例如，低頻振幅(amplitude of low frequency fl uctuation, ALFF)這個指標在某種程度上可反映腦自發(fā)活動的強度[4]，南京軍區(qū)總醫(yī)院盧光明研究組采用這個指標，發(fā)現(xiàn)診斷為內(nèi)側(cè)顳葉癲癇患者的海馬等部位ALFF增高[5]，提示RS-fMRI有一定的致癲灶定位價值。目前，RS-fMRI在臨床研究中的應(yīng)用越來越多，大有超過任務(wù)狀態(tài)fMRI的趨勢。

國內(nèi)大中型醫(yī)院一般均擁有fMRI設(shè)備，可開展的研究內(nèi)容非常廣泛。筆者曾為國內(nèi)多家中文雜志審閱fMRI稿件，發(fā)現(xiàn)我國fMRI的臨床基礎(chǔ)研究仍然存在著較多的問題，現(xiàn)結(jié)合本人在審稿過程中遇到的這些問題，談一談fMRI臨床基礎(chǔ)研究過程中以及論文撰寫過程中的注意事項。需要強調(diào)的是，這些問題僅代表我個人的觀點。

1 背景介紹

這部分內(nèi)容是一篇文章的精華之一。許多稿件存在的問題是背景介紹過短、相關(guān)研究的介紹太少或過于宏觀，看不出本文針對的問題的研究進展，也就無從知道本研究的創(chuàng)新之處，也看不清楚本研究的動機和假設(shè)?；蛘呒词褂屑僭O(shè)，也比較宏觀，看不出提出該假設(shè)的邏輯性。也就是說，講“故事”時沒有鋪墊。這或許與某些中文雜志限制篇幅有關(guān)，但即使如此，簡明扼要的背景介紹仍然是不可少的。順便提一下，背景介紹過短或過于宏觀之類的問題，同樣存在于某些基金申請書中。

2 材料與方法

2.1 被試

本文僅涉及人類被試。人口學(xué)資料要盡量詳細，有些指標如伴發(fā)癥狀等很難控制得非常好，但需要詳細列出。有些指標未必能與對照完全匹配，但有些稿件的作者認為，某個指標在兩組之間無統(tǒng)計學(xué)差異即認為是匹配，這是錯誤的。比如，兩組的性別匹配問題，卡方檢驗的P=0.06，絕對不可以認為兩組的性別是匹配的。最好的匹配是兩組的性別比例完全相同，也就是說P=1，特別是在小樣本時更是如此。

2.2 任務(wù)激活的fMRI范式

認知任務(wù)的介紹一定要詳細，最好有圖示，這樣讀者根據(jù)描述和圖示便可以完整設(shè)計出這個任務(wù)。采用的任務(wù)最好有參考文獻，并且在論文中注明采用的任務(wù)與文獻中是完全相同還是進行了修改。如果進行了修改，要詳細說明是如何修改的。另外需要注意的是，某些病人的配合程度有限，任務(wù)不宜過于復(fù)雜，否則錯誤率可能會比較高。錯誤率在兩組間的不同，在多大程度上影響了激活的組間差異，很難解釋清楚。與“2.1”中提到的匹配問題相似，有些作者認為錯誤率只要不低于95%就可以了，或者認為錯誤率在兩組間無統(tǒng)計學(xué)差異就認為錯誤率對激活無影響，這也是錯誤的。要詳細記錄任務(wù)的行為學(xué)結(jié)果，除了錯誤率、平均反應(yīng)時這兩個常用指標，反應(yīng)時的變異也是很重要的行為學(xué)數(shù)據(jù)。誠然，研究人腦的復(fù)雜高級功能，復(fù)雜的認知任務(wù)是必要的。除了少數(shù)臨床醫(yī)生在某種認知功能的研究方面已經(jīng)有多年的積累，否則，筆者不建議臨床醫(yī)生輕易修改已有的、成熟的認知任務(wù)范式。筆者也是臨床醫(yī)學(xué)背景，在修改任務(wù)范式方面吃過不少苦頭。實際上，研究中可以創(chuàng)新的地方很多，對于臨床研究，筆者建議多在臨床設(shè)計方面下功夫。

2.3 RS-fMRI

所謂“靜息態(tài)”，即不需要特定任務(wù)的安靜狀態(tài)。實際上，許多傳統(tǒng)的臨床功能檢查項目，都是在靜息狀態(tài)下進行的，比如腦電圖、正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)(positron emission tomography，PET)等，并沒有“靜息態(tài)”這個名稱。RS-fMRI與任務(wù)態(tài)fMRI，從掃描的角度來說完全是一樣的。筆者認為，RS-fMRI之所以加上“靜息態(tài)”一詞，可能是因為任務(wù)態(tài)fMRI在認知神經(jīng)科學(xué)研究中已經(jīng)非常普及，人們一提到fMRI，就與認知任務(wù)設(shè)計等同起來，“靜息態(tài)”這個詞可能是為了與傳統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)fMRI相區(qū)別。從數(shù)據(jù)處理方法上，RS-fMRI與傳統(tǒng)的激活區(qū)檢測方法有很大的區(qū)別，這可能也是RS-fMRI形成一個新的領(lǐng)域的原因之一。順便提一句，有些作者將RS-fMRI的病人的腦活動異常稱為“激活”(activation)異常，略有不妥，筆者認為“活動”(activity)比較合適，而“激活”，通常是指在任務(wù)狀態(tài)下。RS-fMRI實驗本身比較簡單，但如果一次掃描既包括任務(wù)狀態(tài)又包括靜息態(tài)，則需要注意掃描順序，已經(jīng)至少有3個研究[6,7,8]發(fā)現(xiàn)，RS-fMRI很容易受前面任務(wù)的影響，筆者建議先掃描RS-fMRI，之后再掃描任務(wù)狀態(tài)，除非擬研究的問題本身就是腦自發(fā)活動受任務(wù)調(diào)節(jié)。

2.4 數(shù)據(jù)獲取

這方面問題相對比較少，注意把掃描參數(shù)、掃描所用時間、掃描順序等介紹清楚。

2.5 個體水平的數(shù)據(jù)處理

注明軟件的版本，把數(shù)據(jù)處理參數(shù)介紹清楚，如果采用默認參數(shù)，筆者建議明確說明采用的是軟件的某個功能的默認參數(shù)。有些參數(shù)對結(jié)果的影響非常大。比如，采用SPM檢測激活區(qū)時，具體選擇哪一種血液動力學(xué)函數(shù)；再如，任務(wù)激活區(qū)檢測或RS-fMRI功能連接分析時，是否去除全腦平均時間序列的影響等，這些參數(shù)對結(jié)果的影響比較明顯。在空間標準化過程中，需要明確注明采用哪個標準模板，常用的是TT[9]和MNI(見SPM)，這兩個坐標系有一定差異，有研究發(fā)現(xiàn)，這兩個坐標系最大差異達13 mm[10]。

2.6 組水平的統(tǒng)計推斷

這里存在的問題相對比較多，分述如下。

2.6.1 單側(cè)檢驗與雙側(cè)檢驗

對于 t 檢驗，在沒有特別強的假設(shè)的情況下，通常采用雙側(cè)檢驗。但SPM軟件在顯示結(jié)果時，只提供單側(cè)檢驗的結(jié)果。比如，比較A與B兩種情況的激活差異，顯示結(jié)果時只能得到一種情況大于另一種情況的結(jié)果，如果輸入的P值為0.05，這是單側(cè)檢驗的結(jié)果，很不嚴格，對應(yīng)的雙側(cè)檢驗的P值只有0.1。SPM似乎一直未修改這個錯誤。

2.6.2 從組內(nèi)的單樣本檢驗結(jié)果推論組間差異

通常來說，fMRI研究的組水平結(jié)果可以分為兩個部分：一是組內(nèi)的單樣本統(tǒng)計結(jié)果，如組內(nèi)的激活模式或功能連接模式；二是組間差異的雙樣本統(tǒng)計結(jié)果。下面以任務(wù)激活為例，說明如何進行統(tǒng)計推斷的問題。組內(nèi)的單樣本統(tǒng)計結(jié)果，只能推斷組內(nèi)的情況。如果用組內(nèi)單樣本檢驗得到的激活圖來比較兩組之間的特點，也只能用于觀察兩組激活的相似性。但有不少文章，甚至包括一些國際高影響因子雜志的文章，將兩組激活的模式用來比較兩組之間的差異，從統(tǒng)計學(xué)來說，不管兩組的樣本是否相等，這種比較都是錯誤的。即使兩組的樣本量相同，兩組的激活圖也幾乎不可能完全相同，如果比較兩組之間的差異，只能根據(jù)組間的統(tǒng)計結(jié)果進行推斷。

2.6.3 組間結(jié)果“相似”、“相同”、“無顯著差異”

如上所述，如果兩組的單樣本統(tǒng)計檢驗的激活模式很相似，我們推斷為“兩組激活模式相似”，這是沒有問題的。但如果將這樣的結(jié)果解釋為“相同”或“無顯著差異”當然不妥。經(jīng)過雙樣本統(tǒng)計檢驗，如果在某個激活相似的腦區(qū)未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異，“無顯著差異”是一個非常準確的推斷，但少數(shù)研究將這種結(jié)果解釋為“相同”或“沒有區(qū)別”，則是不準確的。陰性結(jié)果的影響因素非常多，比如樣本量是否足夠大、任務(wù)設(shè)計是否合理、激活檢測的方法是否敏感等。

2.6.4 fMRI度量與行為的相關(guān)性

臨床研究一定要盡量收集量表或行為學(xué)資料，將這些資料與fMRI的度量(如激活、RS-fMRI的低頻振幅、局部一致性或功能連接強度等指標)進行相關(guān)分析。由于臨床研究的樣本量通常不會很大，為了減小多重比較校正過于嚴格而導(dǎo)致的“假陰性”，這種相關(guān)分析可以局限于那些存在組間差異的腦區(qū)。但需要注意的是，有些研究在進行相關(guān)分析時將兩個對比組樣本合并，以增加相關(guān)分析的樣本量，這樣做是有問題的，因為兩組的量表評分通常會有顯著的差異，而擬分析腦區(qū)的fMRI度量可能也存在顯著的組間差異。在這種情況下，將兩組合并之后分析fMRI度量與量表的相關(guān)性，可能會出現(xiàn)假陽性，正確的做法是在兩組內(nèi)分別進行相關(guān)分析。

2.6.5 結(jié)果呈現(xiàn)

許多稿件呈現(xiàn)的結(jié)果過于簡單，比如只有少數(shù)幾幅斷層圖像。一般來說，呈現(xiàn)fMRI結(jié)果時應(yīng)包括詳細的圖和表。腦圖的呈現(xiàn)方式有很多，但筆者認為馬賽克斷層方式比較準確，這種方式逐層呈現(xiàn)并提供相應(yīng)層面的坐標，如果是軸位則提供每層的z值，矢狀位為x值，冠狀位為y值。這樣，讀者根據(jù)圖幾乎可以非常準確地核對統(tǒng)計圖上有差異的團塊的具體坐標。有些作者偏愛用立體方式呈現(xiàn)結(jié)果，這種方式在國際雜志上很多，其優(yōu)點是看上去有較強的立體感、很直觀，但讀者無法對其圖上的團塊準確定位。詳細的表格對于結(jié)果呈現(xiàn)也非常重要，表中通常要包括腦區(qū)的解剖名稱、Brodmann分區(qū)、團塊大小(mm3)、峰值點坐標、峰值點統(tǒng)計值(t值和P值)等。一定要注明采用的是什么坐標系。由于不同的軟件對腦結(jié)構(gòu)的命名也有所不同，筆者建議在呈現(xiàn)結(jié)果時，注明解剖名稱和Brodmann分區(qū)是通過什么軟件得到的。

3 討論

討論部分應(yīng)該針對本研究的發(fā)現(xiàn)而展開討論。有些稿件中的討論過于宏觀，大段內(nèi)容幾乎是從教科書而來。比如，有個別fMRI研究的討論，大篇幅討論fMRI原理。另外一個很常見的錯誤：結(jié)合以往文獻進行討論時，腦區(qū)的定位過于模糊。比如，“本研究發(fā)現(xiàn)患者前額葉激活減低，與某某研究的前額葉激活減低的結(jié)果相吻合”，前額葉是一個非常大的范圍。再如，同是前扣帶回異常，要明確區(qū)別是背側(cè)(dorsal)還是腹側(cè)(ventral)，還是喙側(cè)(rostral)，喙腹側(cè)前扣帶回主要與情緒加工有關(guān)，而背側(cè)前扣帶回主要與一般的認知功能有關(guān)，如注意、監(jiān)控、選擇等[11]。如同呈現(xiàn)結(jié)果時一樣，討論中對腦區(qū)的定位也要非常準確。解剖名稱過于籠統(tǒng)的原因之一是對神經(jīng)解剖不夠熟悉，但最主要的原因還是讀文獻不夠多、不夠細。

4 英文摘要

許多中文雜志的英文摘要可以被國際上的數(shù)據(jù)庫收錄，即使不懂中文的讀者也完全有可能閱讀中文論文的英文摘要。因此，在英文摘要中準確而全面地總結(jié)該研究的亮點是非常重要的。從語言表達來看，有些稿件的英文摘要語法錯誤非常多，建議仔細修改，如有必要，可以請專門的英文編輯公司幫助修改。從科學(xué)內(nèi)容的總結(jié)來看，有些摘要占用很多的字數(shù)來介紹一些幾乎常識性的問題。比如，“Alzheimer氏病(AD)的病理機制尚不清楚、AD是一種嚴重的記憶障礙”等，這樣的表述所傳遞的信息過于普通。

小結(jié)：fMRI技術(shù)無損，兼有較高的空間分辨率和時間分辨率，而靜息態(tài)fMRI則更是簡單、方便。fMRI是一個大科學(xué)，需要多學(xué)科交叉，包括臨床醫(yī)學(xué)、計算科學(xué)、認知科學(xué)等等。一次掃描通?？梢酝瑫r獲取大量數(shù)據(jù)，包括傳統(tǒng)的高分辨率結(jié)構(gòu)像、擴散張量成像以及fMRI等，可用數(shù)據(jù)非常多，為合作各方的成果分配提供了便利，客觀上也利于合作研究的開展。我國病人眾多，fMRI設(shè)備也非常普及，實驗費用較低。在數(shù)據(jù)分析方面，我國科技工作者也有一定的創(chuàng)新性研究。我國在fMRI領(lǐng)域已經(jīng)在國際高水平雜志上發(fā)表了許多文章，相對于其它學(xué)科的科研水平，我國在fMRI領(lǐng)域與國際先進水平的差距相對較小。筆者相信，隨著fMRI應(yīng)用基礎(chǔ)研究的進一步深入，fMRI技術(shù)在臨床的應(yīng)用價值會越來越大，有望應(yīng)用于腦功能疾病的準確定位，從而推動經(jīng)顱磁刺激和深部腦刺激等治療手段的進步。

致謝：感謝王玨和賈文斌在本文編撰過程中提供的幫助；感謝國家自然科學(xué)基金項目：(編號：81020108022)、北京師范大學(xué)、杭州師范大學(xué)的資助。

[References]

[1]Biswal BB, Yetkin FZ, Haughton VM, et al. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI. Magn Reson Med, 1995, 34(4):537-541.

[2]Logothetis NK, Pauls J, Augath M, et al. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature, 2001,412(6843): 150-157.

[3]Rauch A, Rainer G, Logothetis NK. The effect of a serotonin-induced dissociation between spiking and perisynaptic activity on BOLD functional MRI. Proc Natl Acad Sci, 2008, 105(18): 6759-6764.

[4]Zang YF, He Y, Zhu CZ, et al. Altered baseline brain activity in children with ADHD revealed by resting-state functional MRI. Brain Dev, 2007, 29(2): 83-91.

[5]Zhang Z, Lu G, Zhong Y, et al. fMRI study of mesial temporal lobe epilepsy using amplitude of low-frequency fl uctuation analysis. Hum Brain Mapp, 2010, 31(12): 1851-1861.

[6]Albert NB, Robertson EM, Miall RC. The Resting Human Brain and Motor Learning. Curr Biol, 2009, 19(12): 1023-1027.

[7]Yan C, Liu D, He Y, et al. Spontaneous brain activity in the default mode network is sensitive to different resting-state conditions with limited cognitive load. PLoS One, 2009,4(5): e5743.

[8]Tambini A, Ketz N, Davachi L. Enhanced brain correlations during rest are related to memory for recent experiences.Neuron, 2010, 65(2): 280-290.

[9]Talairach J, Tournoux P. A Coplanar Stereotactic Atlas of the Human Brain. Stuttgart: Thieme Press, 1988.

[10]Lancaster JL, Tordesillas-Gutiérrez D, Martinez M, et al.Bias between MNI and Talairach coordinates analyzed using the ICBM-152 brain template. Hum Brain Mapp,2007, (11): 1194-1205.

[11]Bush G, Luu P, Posner MI. Cognitive and emotional influences in anterior cingulate cortex. Trends Cogn Sci,2000, 4(6): 215-222.