張慧，王夢(mèng)星，張凱華，張記磊，孟衛(wèi)霞，杜小霞*

1.華東師范大學(xué)物理系上海市磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062

2.華潤(rùn)武鋼總醫(yī)院兒科，武漢 430080

反應(yīng)抑制(response inhibition)是人體執(zhí)行功能的重要組成部分，指抑制不符合當(dāng)前需要或不恰當(dāng)行為反應(yīng)的能力，從而保證人們?cè)谧兓沫h(huán)境中做出靈活的反應(yīng)[1]。反應(yīng)抑制功能受損是某些神經(jīng)精神疾病伴發(fā)的認(rèn)知缺陷，例如遺尿癥[2]，多動(dòng)癥(attention defi cit and hyperactivity disorder，ADHD)[3]，酒精依賴癥[4]，藥物濫用[5]等。而酒精依賴癥、成癮等 不加控制 的話，反過(guò)來(lái)會(huì)加重反應(yīng)抑制能力的不足。如果抑制功能不足將會(huì)深刻影響日常生活，甚至導(dǎo)致沖動(dòng)行為，通常對(duì)自身或他人產(chǎn)生不利影響。

反應(yīng)抑制的研究范式主要包括：Stop-signal tasks，Go/NoGo任務(wù)，Antisaccade等，研究方法有PET、fMRI[6-7]。筆者采用fMRI方法，其具有高清成像，精準(zhǔn)量化，功能測(cè)量的優(yōu)勢(shì)[8]，已成為最廣泛使用的腦功能研究手段。大量研究表明，成功反應(yīng)抑制過(guò)程參與的腦區(qū)主要包括：額下回、額中回、額上回、腦島、扣帶回、頂下小葉、緣上回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、顳上回，顳中回、基底神經(jīng)節(jié)等[6-7，9]。參與錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)的腦區(qū)主要包括：額下回，額中回，前扣帶回，頂下小葉等[10-11]。

前人的研究表明額下回是參與反應(yīng)抑制關(guān)鍵的腦區(qū)[12-15]，在錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中也起重要的作用[10]。對(duì)于反應(yīng)抑制功能，額下回的生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)研究并不多，有研究表明：在執(zhí)行反應(yīng)抑制任務(wù)時(shí)，成人相比青少年左側(cè)額下回激活增強(qiáng)，而青少年相比成人右側(cè)額下回激活增強(qiáng)[16]；有研究發(fā)現(xiàn)兒童相比成人背外側(cè)前額葉激活增強(qiáng)[17]；也有研究發(fā)現(xiàn)成人相比兒童右側(cè)額下回激活增強(qiáng)[18]。前人研究結(jié)果并不完全一致，可能由于不一樣的研究和分析方法，但這些研究中只是選擇了兩個(gè)年齡組作比較，未體現(xiàn)出發(fā)展的連續(xù)性。EEG表明嬰兒已經(jīng)開始使用額葉系統(tǒng)(frontal systems)進(jìn)行反應(yīng)抑制，而且這些系統(tǒng)在整個(gè)童年期都在發(fā)展，直到青春期后期，發(fā)育接近成人水平[19]。筆者猜測(cè)，額下回的發(fā)育與額葉系統(tǒng)的發(fā)育軌跡保持一致，其可能表現(xiàn)為在青春期前期隨年齡增長(zhǎng)而逐漸發(fā)育，青春期后期發(fā)育趨于平緩而逐漸成熟，接近成人水平。而且這與腦灰質(zhì)體積的變化基本保持一致[20]。目前沒(méi)有針對(duì)中國(guó)兒童青少年腦抑制功能發(fā)展的研究報(bào)告，國(guó)內(nèi)外兒童青少年腦發(fā)育可能也存在略微差異。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上加大樣本的同時(shí)，采用Go/NoGo范式，利用無(wú)損傷的MR腦功能成像fMRI探討8～17歲中國(guó)兒童青少年額下回的發(fā)育軌跡。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

42名兒童青少年(男20名，女22名)，年齡在8～17歲之間(8歲6名、9歲6名、10歲3名、11歲4名、12歲6名、13歲4名、14歲5名、15歲4名、16歲2名、17歲2名)，平均年齡為(11.8±2.7)歲，并且得到家長(zhǎng)同意，簽署了家長(zhǎng)知情同意書。所有的兒童都經(jīng)過(guò)兒童韋氏量表(WISC-R)測(cè)試，IQ都大于80且都是右利手。所有兒童都經(jīng)過(guò)了基于精神疾病統(tǒng)計(jì)手冊(cè)(statistical manual of mental disorders，DSM-IV)的臨床檢查和面試，排除了所有的神經(jīng)和精神的疾病。共有63名參與本實(shí)驗(yàn)，排除掉抖動(dòng)超過(guò)2 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)2°的被試后還剩下42名，用于進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)

采用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范式Go/NoGo任務(wù)(參考Menon et al.2001年的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))。在任務(wù)的Go組塊中，先誘導(dǎo)被試進(jìn)行一些重復(fù)的刺激形成臨時(shí)的響應(yīng)習(xí)慣，然后在Go/NoGo組塊中，一個(gè)隨機(jī)出現(xiàn)的抑制刺激就會(huì)夾在前面的重復(fù)刺激中出現(xiàn)。Go/NoGo任務(wù)需要的是運(yùn)動(dòng)反應(yīng)抑制和選擇性注意的能力，而不會(huì)過(guò)度的加載工作記憶。程序設(shè)計(jì)如下，先是30 s的休息時(shí)間，然后是連續(xù)10次Go和Go/NoGo交替出現(xiàn)，每次26 s，最后是一個(gè)30 s的休息時(shí)間。休息階段，屏幕上只有一個(gè)十字叉，在Go條件，隨機(jī)出現(xiàn)13個(gè)字母，不包括字母V，如果被試看到一個(gè)字母，就按下鍵做出反應(yīng)；而當(dāng)Go/NoGo條件，依然是隨機(jī)出現(xiàn)13個(gè)字母，其中字母“V”7個(gè)，其他字母6個(gè)，當(dāng)看到字母V的時(shí)候，則不要按鍵，不是V的其他字母，則按鍵做出反應(yīng)。所有的刺激都是采用IFIS-SA(Invivo Corporation,America)刺激系統(tǒng)來(lái)完成的。所有被試都使用右手的食指來(lái)按鍵。

1.3 磁共振掃描參數(shù)

所有實(shí)驗(yàn)都在我們上海磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的3.0 T Trio Tim機(jī)器上完成的。先使用T1WI(TR 440 ms，TE 2.46 ms，反轉(zhuǎn)角90°，矩陣256×320，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，層數(shù)32層，層厚3 mm，層間距1 mm)掃描一個(gè)結(jié)構(gòu)像用來(lái)精確的解剖定位。然后使用T2*WI(TR 2000 ms，TE=30 ms，反轉(zhuǎn)角90°，矩陣64×64，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，層數(shù)32層，層厚3mm，層間距1 mm，體素大小為3.4 mm×3.4 mm×3 mm)配合任務(wù)設(shè)計(jì)，一共掃描160幀的MR圖片。

表1 行為學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.1 The behavioral results

表2 成功反應(yīng)抑制(NoGo-Go)激活腦區(qū)(FDR矯正P<0.01，結(jié)果只顯示大于10個(gè)體素的激活團(tuán)塊)Tab.2 Brain regions of successful response inhibition(NoGo-Go)(FDR correct P<0.01,only activation of more than 10 voxels will be reported)

表3 錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)(FA-CR)激活腦區(qū)(FDR矯正P<0.05，結(jié)果只顯示大于10個(gè)體素的激活團(tuán)塊)Tab.3 Brain regions of error processing(FA-CR)(FDR correct P<0.05,only activation of more than 10 voxels will be reported)

1.4 行為學(xué)數(shù)據(jù)分析

對(duì)于反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)準(zhǔn)確性，都由IFIS-SA在實(shí)驗(yàn)中自動(dòng)記錄。通過(guò)整理計(jì)算出每一名被試的平均反應(yīng)時(shí)間(response time，RT)、反應(yīng)正確率(accuracy)、反應(yīng)錯(cuò)誤率(error rate)。然后使用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)Go和Go/NoGo條件下平均反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)正確率與年齡的相關(guān)性。

1.5 fMRI數(shù)據(jù)分析

使用SPM8(基于Matlab的一個(gè)軟件程序包)進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。首先去除每次掃描的前15個(gè)時(shí)間點(diǎn)，以保證圖像采集于穩(wěn)定的磁場(chǎng)狀態(tài)。然后頭動(dòng)校正，通常以掃描的第一幀圖像作為參考；空間標(biāo)準(zhǔn)化,用MNI坐標(biāo)系，體素大小為2 mm×2 mm×2 mm；平滑，平滑核取[6 6 6]。經(jīng)過(guò)頭動(dòng)分析后，排除掉平動(dòng)超過(guò)2 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)2°的被試者，用于進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 NoGo-Go腦激活圖像(FDR矯正P<0.01)。L：左側(cè)；R：右側(cè) 圖2 FA-CR腦激活圖像(FDR矯正P<0.05)。L：左側(cè)；R：右側(cè) 圖3 8～15 歲兒童青少年右側(cè)眶部額下回激活強(qiáng)度與年齡的相關(guān)擬合曲線(R2線性=0.184)圖4 8～17歲兒童青少年右側(cè)眶部額下回激活強(qiáng)度與年齡的相關(guān)擬合曲線(藍(lán)色為一次擬合，紅色為二次擬合)(R2 線性=0.074；R2 二次=0.112)Fig.1 Brain activation image of NoGo-Go(FDR corrected P<0.01).L:Left.R:Right.Fig.2 Brain activation image of FA-CR(FDR corrected P<0.05).L:Left.R:Right.Fig 3 The fi tting curve of the activation of right orbital inferior frontal gyrus with age during 8—15 years(R2 linear=0.184).Fig.4 The fi tting curve of the activation of right orbital inferior frontal gyrus with age during 8—17 years(Blue:Linear fi tting.Red:Quadratic fi tti ng)(R2 linear=0.074.R2 two times=0.112).

成功反應(yīng)抑制分析：在specify 1st-level，定義NoGo與Go兩個(gè)條件，并用所有反應(yīng)正確的NoGo減去Go條件，得到每一名被試的contrast圖像。然后在specify 2nd-level，隨機(jī)效應(yīng)模型用于組分析，作單樣本t檢驗(yàn)，得到大腦激活圖像。錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)分析：在specify 1st-level，定義FA(false alarms，NoGo條件中錯(cuò)誤按鍵)與CR(correct rejections，NoGo條件中成功抑制)兩個(gè)條件，并用FA減去CR條件[10](其中有3名無(wú)FA錯(cuò)誤)，其他步驟同上。額下回激活強(qiáng)度與年齡作相關(guān)：定義ROI，由組分析得到的大腦激活圖像，找到額下回激活峰值坐標(biāo)，以此坐標(biāo)為球心，4 mm為半徑做球，并檢查ROI內(nèi)所有體素都在大腦內(nèi)部[14]。然后得到每一位被試ROI內(nèi)激活平均強(qiáng)度值，與年齡做相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 行為學(xué)結(jié)果

具體見表1。所有Go與Go/NoGo中RT(不包括漏按的)與年齡呈顯著負(fù)相關(guān)(r=－0.47，P=0.002)，反應(yīng)正確率與年齡成顯著正相關(guān)(r=0.48，P=0.001)，可見兒童青少年在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中反應(yīng)抑制能力逐漸發(fā)展。Go/NoGo中Go的平均反應(yīng)時(shí)最長(zhǎng)，NoGo錯(cuò)誤按鍵平均反應(yīng)時(shí)最短[(488±62)ms>(470±62)ms>(420±110)ms)]，可見參與者在Go/NoGo條件下更加謹(jǐn)慎。Go條件中平均正確率最高，NoGo的平均正確率最低(99.7%±0.7%>99.5%±1.5%>89.5%±8.9%)。而平均錯(cuò)誤率在Go條件中最低，在NoGo條件中最高。

2.2 fMRI結(jié)果

2.2.1 成功反應(yīng)抑制

如圖1所示，成功反應(yīng)抑制(NoGo-Go)主要激活區(qū)位于右側(cè)大腦半球，主要有雙側(cè)額下回、額中回、額上回，雙側(cè)腦島，雙側(cè)頂下小葉，雙側(cè)緣上回，右側(cè)頂上小葉，雙側(cè)顳上回，右側(cè)顳中回，雙側(cè)扣帶回，雙側(cè)尾狀核，右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(表2)。

2.2.2 錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)

如圖2所示，錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)(FA-CR)主要激活區(qū)有雙側(cè)額下回，雙側(cè)前扣帶回，右側(cè)額上回和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，左側(cè)額中回(表3)。

2.3 額下回激活強(qiáng)度與年齡的相關(guān)分析

2.3.1 成功反應(yīng)抑制

由右側(cè)額下回峰值坐標(biāo)(30 18 －12)定義的ROI，與年齡并無(wú)顯著相關(guān)性。而由右側(cè)額下回的另一峰值坐標(biāo)(40 22 －10)(具體位于右側(cè)眶部額下回)定義的ROI，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在8～15歲年齡段，右側(cè)眶部額下回激活強(qiáng)度與年齡呈顯著正相關(guān)(r=0.43，P=0.007)，如圖3所示。8～17歲兒童青少年右側(cè)眶部額下回激活強(qiáng)度與年齡呈正相關(guān)，如圖4藍(lán)色曲線，但相關(guān)性并不大(r=0.27，P=0.08)，再做二次擬合，如圖4紅色曲線，發(fā)現(xiàn)青春期后期右側(cè)額下回激活強(qiáng)度增加趨于平緩，甚至略有下降。左側(cè)額下回激活強(qiáng)度與年齡的相關(guān)性類似于右側(cè)額下回，同樣在8～15歲期間激活強(qiáng)度與年齡呈顯著正相關(guān)(r=0.37，P=0.02)，青春期后期趨于平緩。

2.3.2 錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)

在錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中，8～17歲兒童青少年右側(cè)額下回激活強(qiáng)度與年齡呈顯著正相關(guān)(r=0.39，P=0.01)。前扣帶回與年齡無(wú)顯著相關(guān)性。

3 討論

本研究以8～17歲兒童青少年為研究對(duì)象，采用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范式Go/NoGo任務(wù)，結(jié)合fMRI技術(shù)，探討兒童青少年運(yùn)動(dòng)反應(yīng)抑制能力和錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)能力的發(fā)展。結(jié)果顯示，隨著年齡的增長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)顯著減少，反應(yīng)正確率顯著提高，表明隨年齡的增長(zhǎng)反應(yīng)抑制更加快速有效。

本組結(jié)果表明，參與反應(yīng)抑制的腦區(qū)主要有額下回、額中回、額上回、腦島、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、扣帶回、頂下小葉、顳上回、顳中回、基底神經(jīng)節(jié)等。本組結(jié)果與前人研究基本一致。其中額下回是參與反應(yīng)抑制關(guān)鍵的腦區(qū)[12-15]，在錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中也發(fā)揮重要作用[10]。可見對(duì)于額下回發(fā)育方面的研究至關(guān)重要，然而很多研究只是取兩個(gè)年齡段，如兒童與成人比較或成人與青少年比較[16-18]，只是成熟前和成熟后的比較，未體現(xiàn)發(fā)展的連續(xù)性。而Tamm等[15]對(duì)19名年齡在8～20歲的兒童和成人研究，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)抑制功能活動(dòng)中左側(cè)額下回激活強(qiáng)度與年齡呈正相關(guān)，但并未報(bào)道右側(cè)額下回激活與年齡的關(guān)系，以及錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中額下回隨年齡的變化。筆者在加大樣本量的同時(shí)，體現(xiàn)出了額下回發(fā)展的連續(xù)性。對(duì)于成功的反應(yīng)抑制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)右側(cè)眶部額下回以及左側(cè)額下回的生長(zhǎng)發(fā)育與年齡并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，對(duì)于8～15歲兒童青少年右側(cè)眶部額下回以及左側(cè)額下回激活強(qiáng)度與年齡呈顯著正相關(guān)，到了青春期后期激活強(qiáng)度不再線性增加而是趨于平緩甚至略有下降?？赡苡捎趦和陬~下回發(fā)育尚未成熟，在反應(yīng)抑制時(shí)需要花費(fèi)更多的時(shí)間，甚至聯(lián)合其他腦區(qū)來(lái)共同完成任務(wù)[15]。隨著額下回逐漸成熟，其在反應(yīng)抑制中參與度逐漸加大，激活強(qiáng)度自然增加，到了青春期后期，額下回發(fā)育趨于成熟，甚至接近成人水平，自然不需要費(fèi)太大力氣，即表現(xiàn)為額下回激活強(qiáng)度沒(méi)有太大，就可以很好地完成抑制任務(wù)。

在錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中，右側(cè)額下回激活強(qiáng)度與年齡呈顯著正相關(guān)，即對(duì)于錯(cuò)誤按鍵，年長(zhǎng)的反應(yīng)更加強(qiáng)烈，隨著額下回的逐漸成熟，可能年長(zhǎng)的在面對(duì)錯(cuò)誤按鍵時(shí)心理活動(dòng)更大，會(huì)思考要采取更多更全面的策略來(lái)應(yīng)對(duì)接下來(lái)的任務(wù)，避免按鍵再失誤，則行為學(xué)上表現(xiàn)為年長(zhǎng)的正確率較高。前扣帶回(ACC)在錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)中起到?jīng)_突監(jiān)測(cè)作用，有研究表明其與年齡有相關(guān)性[21]，但本組結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)ACC與年齡有顯著相關(guān)性。可能由于研究方法，被試選取，年齡段選取等方面的差異。

反應(yīng)抑制的腦激活圖像顯示，右半球激活強(qiáng)度高于左半球，這與前人研究結(jié)果一致[9]。對(duì)于反應(yīng)抑制關(guān)鍵的腦區(qū)額下回，也同樣表現(xiàn)為右側(cè)額下回激活強(qiáng)度高于左側(cè)?？梢?，右側(cè)額下回在反應(yīng)抑制中相對(duì)更為重要[12-14]。

總之，額下回是反應(yīng)抑制關(guān)鍵的腦區(qū)，特別是右側(cè)額下回。其在青春期前期隨年齡增長(zhǎng)而逐漸發(fā)育，青春期后期發(fā)育趨于平緩而逐漸成熟，接近成人水平。這也說(shuō)明經(jīng)過(guò)青春期的發(fā)育，腦的抑制功能得到進(jìn)一步完善，可以更好的控制自我的行為。

本研究還存在一些不足，首先我們只觀測(cè)了8～17歲的兒童和青少年，今后的研究要加大樣本量，并且把18歲以后的成人組也納入研究的范圍，這樣更有利于觀測(cè)腦抑制功能的發(fā)育、發(fā)展以及成熟。此外筆者采用了經(jīng)典的block設(shè)計(jì)，block設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高，對(duì)小孩來(lái)說(shuō)執(zhí)行起來(lái)并不困難；但是block設(shè)計(jì)帶來(lái)的一些不利的因素，就是復(fù)雜的心理活動(dòng)相互重疊和干擾，不利于做多個(gè)認(rèn)知功能的分析，這也是本研究不足的地方。

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