李珈含　王　欣　成立立　張雪君

不同動機特質在靜息態(tài)下腦功能的相關研究

李珈含王欣成立立張雪君

目的動機特質包括趨近系統(tǒng)（BAS）和行為抑制系統(tǒng)（BIS），利用靜息態(tài)功能MRI研究不同動機特質的被試在靜息態(tài)下大腦活動的差別，以及與默認網絡（DMN）、背側注意網絡（DAN）和額頂控制網絡（FPN）之間功能連接強度的相關性。方法將38例完成BIS/BAS問卷的健康在校女大學生分為3組：高BAS低BIS組（高BAS組），高BIS低BAS組（高BIS組），低BAS低BIS組（對照組）。采集靜息態(tài)fMRI及結構像數(shù)據并進行預處理及統(tǒng)計。計算低頻振幅（ALFF）值，將高BAS組及高BIS組分別與對照組比較，利用雙樣本t檢驗的統(tǒng)計學方法，得出顯著差異的腦區(qū)。利用種子相關分析法獲得3個腦網絡并獲得其間的功能連接強度，將功能連接強度同每個被試BAS、BIS得分進行Spearman相關分析。結果兩實驗組與對照組比較，ALFF值呈顯著性增高的腦區(qū)分別為：高BAS組主要位于左側距狀回、左側楔前葉、后扣帶回皮質、右側尾狀核、兩側前扣帶回皮質、左側額中回；高BIS組主要位于右側頂下小葉、額葉、顳葉、距狀回及左側后扣帶回。ALFF值呈顯著性減低的腦區(qū)分別為：高BAS組主要位于兩側丘腦、右側顳上回及左側頂葉；高BIS組主要位于左側頂葉、額葉及兩側前扣帶回。BAS分值與DMN-FPN、DAN-FPN功能連接強度呈顯著相關（r=0.69，P＜0.001;r=-0.40，P=0.037）；BIS分值與DMN-DAN功能連接強度呈顯著相關（r=-0.41，P=0.036）。結論靜息態(tài)下不同動機特質呈現(xiàn)前額葉偏側化活動。動機特質與網絡間功能連接強度存在一定相關性。動機特質是多個腦區(qū)組成的網絡水平負載的神經活動。

動機特質；靜息態(tài)；低頻振幅；功能連接；腦區(qū)

Int J Med Radiol，2016,39（5）：468-472

人類依賴動機系統(tǒng)實現(xiàn)目標，包括兩種最基本的形式：趨近和回避?！摆吔鼊訖C系統(tǒng)”即行為激活系統(tǒng)（behavioral activation system，BAS），涉及到對趨近行為的調節(jié)，如實現(xiàn)目標以及獲得獎勵等；“回避動機系統(tǒng)”即行為抑制系統(tǒng)（behavioral inhibition system，BIS），可參與調節(jié)回避行為，如避免懲罰和威脅。兩個系統(tǒng)協(xié)同作用以反映個體與環(huán)境的相互作用，通過尋找優(yōu)勢、規(guī)避劣勢，以實現(xiàn)個體適應環(huán)境的核心功能[1-2]。越來越多的研究關注不同的動機系統(tǒng)與腦功能和結構間是否存在聯(lián)系。靜息態(tài)功能

MRI不需要被試完成特定的任務，就能夠直接顯示不同腦區(qū)之間的低頻血氧水平依賴（blood oxygen level-dependent，BOLD）信號的同步波動，反映基礎狀態(tài)下中樞神經系統(tǒng)的自發(fā)活動。低頻振幅（amplitude of low-frequency fuctuation，ALFF）值表示每個體素的自發(fā)活動強度，通過計算所有頻點中一個頻段（0.01～0.08 Hz）內部波的振幅的平均值，能夠從能量的角度反映各個體素在靜息狀態(tài)下腦自發(fā)活動水平的高低。本文利用ALFF研究不同動機特質的正常人靜息態(tài)腦活動的特點，并采用靜息態(tài)功能連接（resting state functional connectivity，RSFC）的方法，分析BAS與BIS評分與腦網絡間功能連接強度的相關性。

1　資料與方法

1.1一般資料采用Carver和White于1994年編制[3]的行為抑制/激活系統(tǒng)量表來評定被試的行為激活和行為抑制水平。為避免性別對實驗結果的影響，本實驗只選取女性被試。對618名18～22歲的健康在校女大學生進行BAS/BIS問卷調查，每個條目都采用4點計分法，從“1-很不同意”到“4-非常同意”，得到BAS和BIS總分，將得分從低到高排序，按27%的比例各取兩端的極值，選取BAS高而BIS低（高BAS組）、BAS低而BIS高（高BIS組）、BAS和BIS均低（對照組）的3組被試各15例，實驗過程中高BAS組4例、高BIS組2例、對照組1例分別因為空間幽閉癥、大枕大池等原因未完成掃描。最終符合入組標準、完成掃描且影像質量合格者共38例，高BAS組11例，高BIS組13例，對照組14例。3組BAS、BIS得分及年齡見表1，高BAS組的BAS值高于對照組（t=4.02，P＜0.001）；高BIS組的BIS值高于對照組（t=4.16，P＜0.001）。3組間年齡差異無統(tǒng)計學意義（F=0.75，P=0.46）。研究經天津醫(yī)科大學倫理委員會批準，所有志愿者在實驗前均獲得知情同意，自愿參加實驗。

表13　組BAS、BIS得分及年齡

1.2設備與方法采用GE 3.0 T Signa HDx MRI設備掃描，頭部相控陣線圈。對所有受試者進行靜息狀態(tài)下fMRI和3D矢狀面高分辨T1WI結構像掃描，范圍覆蓋全腦。fMRI掃描采用梯度回波（gradient echo，GRE）單次激發(fā)回波平面成像（echoplanarimaging，EPI）技術。掃描參數(shù)：TR/TE 2 000 ms/30 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣64×64，層厚4.0 mm，無間隔，層數(shù)40層，采集180個時相，時間6 min10 s，獲得圖像6 120幅。掃描范圍為全腦。高分辨率結構像采用BRAVO序列進行3D T1WI矢狀面掃描。掃描參數(shù)：TR/TE/TI 8.1 ms/3.1 ms/450 ms，F(xiàn)A=13°，層厚1.0 mm，無間隔，F(xiàn)OV 25.6 cm×25.6 cm，矩陣256× 256，自左向右采集，采集層數(shù)為176層。

1.3數(shù)據處理采用基于Matlab的DPARSF和SPM8軟件。預處理包括：時間校正，使得一個TR中的各層獲取時間一致；頭動校正，以平均圖像作為模板，估計掃描期間的頭動參數(shù)和旋轉參數(shù)，用得到的頭動參數(shù)對每個時間序列圖像進行剛性變換，剔除平移超過2 mm、旋轉超過2°的被試；空間標準化，采用T1結構像聯(lián)合分割配準法對數(shù)據進行配準；空間平滑，使用6 mm×6 mm×6 mm的半高全寬（FWHM）高斯核對fMRI影像進行空間平滑，以減少配準不完全效應，并提高信噪比；對經空間平滑后的圖像進行去線性漂移；采用0.01～0.08 Hz頻段對所得信號進行帶通濾波；利用線性回歸的方法將頭動、全腦平均信號、白質信號和腦脊液信號去除。ALFF值的計算：通過傅里葉變換將每個體素的時間序列轉換為頻率范圍，然后得到功率譜，計算出每個頻率的功率譜的平方根，所有頻率的功率譜的平方根的平均值即為ALFF值。

根據Vincent等[4]與Fox等[5]的研究方法，采用種子點功能連接分析法獲取默認網絡（default mode network，DMN）、背側注意網絡（dorsal attention network,DAN）及額頂控制網絡（frontoparietal control network，F(xiàn)PN）。將興趣區(qū)（ROI）種子點MNI坐標定義為：①DMN：內側前額葉皮質（-1，47，-4）、后扣帶回（-5，-49，40）；②DAN：顳中回（-48，-70，0）、頂上小葉（-27，-52，57）；③FPN，喙端外側前額葉皮質（-36，57，9）、頂下小葉前部（-52，-49，47）。以這6個MNI坐標為中心建立半徑為8 mm的小球作為ROI，分別將6個ROI與全腦其他體素進行相關分析，得到種子區(qū)域的功能連接圖，即3個腦網絡，并將其以Mask形式儲存。將得到的3個腦網絡Mask再次設為ROI，提取ROI內每個體素的時間序列曲線，并計算其平均時間序列，對3個ROI的時間序列進行相關分析，得到的相關系數(shù)做Z變換，使數(shù)據更符合正態(tài)分布，以Z值作為功能連接強度。

1.4統(tǒng)計學方法采用SPM8和SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料采用均數(shù)±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用方差分析。通過逐個體素的分析得到每組ALFF圖，將高BAS組、高BIS組分別與對照組的ALFF值做雙樣本t檢驗，P<0.01為差異有統(tǒng)計學意義。將每個被試的BAS、BIS得分分別與DMN、DAN及FPN功能連接強度依次做Spearman相關分析，分析網絡連接的相關性。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2　結果

2.13組間ALFF值比較與對照組比較后，高BAS組ALFF值呈顯著性增高的腦區(qū)主要位于左側距狀回、左側楔前葉、后扣帶回皮質、右側尾狀核、兩側前扣帶回皮質、左側額中回；高BIS組主要位于右側頂下小葉、額葉、顳葉、距狀回及左側后扣帶回。高BAS組ALFF值呈顯著性減低的腦區(qū)主要位于兩側丘腦、右側顳上回及左側頂葉；高BIS組主要位于左側頂葉、額葉及兩側前扣帶回（圖1、2，表2、3）。

2.23個網絡間的功能連接強度將獲得的3個網絡進行興趣區(qū)水平（ROI-wise）的功能連接分析，得到3個網絡間的功能連接強度，結果顯示DMNFPN為負連接，Z=-0.42±0.17；DAN-FPN為較弱的正連接，Z=0.02±0.22；DMN-DAN為負連接，Z=-1.0± 0.27（圖3）。

圖1　高BAS組與對照組比較顯示ALFF值發(fā)生改變，紅色表示增強，藍色表示減弱

圖2　高BIS組與對照組比較顯示ALFF值發(fā)生改變，紅色表示增強，藍色表示減弱

表2　高BAS、BIS組與對照組ALFF顯著差異增強的腦區(qū)

2.3動機特質與網絡間功能連接強度的相關性BAS得分與DMN-FPN（r=0.69，P＜0.001）呈正相關，而與DAN-FPN呈負相關（r=-0.40，P=0.037）。BIS得分與DMN-DAN呈負相關（r=-0.41，P=0.036）。

表3　高BAS、BIS組與對照組ALFF顯著差異增強的腦區(qū)

圖3　DMN、DAN、FPN之間的功能連接強度的箱型圖

3　討論

3.1ALFF及其意義BOLD信號的低頻波動是靜息態(tài)腦的重要特征之一，能夠反映大腦的活動水平。Zang等[6]于2007年提出了ALFF，他假設在低頻范圍內，靜息狀態(tài)下大腦BOLD信號是有其生理意義的。因此，對一個體素自發(fā)活動的強弱可采用一個頻段(0.01～0.08 Hz)內所有頻率點上振幅值的平均值來描述，從而反映出能量角度下各個體素在靜息狀態(tài)下自發(fā)活動水平的高低。

DMN是休息狀態(tài)活躍，而在任務狀態(tài)持續(xù)呈負激活的腦區(qū)網絡。ALFF值可以間接反映靜息態(tài)下腦區(qū)自發(fā)活動的水平。神經元活性在睜眼狀態(tài)明顯高于閉眼狀態(tài)，視覺皮質的ALFF值在睜眼狀態(tài)下也明顯高于閉眼狀態(tài)。ALFF被用于研究腦的自發(fā)性活動，其幅度的改變有時與病變有關，已應用于各種神經和心理疾病的探查和正常認知功能的研究。

3.2額葉偏側化額葉偏側化，即當趨近積極刺激時，左側前額葉背外側會激活；回避消極刺激時，右側前額葉激活。靜息狀態(tài)下，神經元的活動在一定程度上會影響神經元對刺激或任務做出反應，在特定腦區(qū)神經元的自發(fā)活動與神經元如何處理應對內部和外部刺激有關，這是不同人格特征和行為存在的生理基礎[7]。早期有研究利用人靜息態(tài)腦電圖（EEG）研究不同動機特質，檢測到雙側額葉腦電波活動強度存在差異，結果發(fā)現(xiàn)了額葉偏側化活動[8]，但EEG對于腦功能的研究存在一定局限性，其測量時的空間定位性相對較差，而且腦網絡的節(jié)點數(shù)量較少。而本研究采用靜息態(tài)fMRI來研究不同特質人群的腦活動，結果顯示高BAS組左側額中回和高BIS組右側全額葉均有ALFF值升高，也表明額葉偏側化活動，驗證了動機系統(tǒng)額葉偏側化的理論。

額葉與大腦的其他部位有廣泛的聯(lián)系，能夠接受和處理各種傳入的信息，并能及時組織傳出沖動，保證中樞神經系統(tǒng)整體的協(xié)同和達到整個高級心理過程的機能統(tǒng)一，是大腦功能的執(zhí)行中樞。受損后常表現(xiàn)為行為反應遲緩、喜怒無常、性格偏執(zhí)、孤僻、情緒波動。有研究[9]指出額葉皮質某些腦區(qū)與動機系統(tǒng)相關，左側額葉皮質是趨近行為產生的生物結構基礎，能促進引發(fā)完成目標的趨近行為，右側額葉皮質是回避行為產生的生物結構基礎。Engels等[10]發(fā)現(xiàn)伴焦慮癥狀病人的左側前額葉背外側活性降低。臨床上，左側前額葉損傷時病人更容易引起抑郁癥，而焦慮障礙病人可見右側前額葉活性持續(xù)增強[11]。在趨近或避免的不同狀態(tài)下，動機引起的行為變化可能會由不同的機制引起[12]。

3.33個網絡及其間的功能連接DMN是指在認知任務負荷下fMRI中表現(xiàn)出一致負激活的腦區(qū)所構成的功能連接網絡。該網絡主要由內側前額葉皮質、后扣帶回/楔前葉及頂下小葉后部組成。其與內在的與刺激無關的想法，監(jiān)測周圍環(huán)境，內在的心理活動如記憶、心智理論、預想未來等功能有關。DAN主要分布在額區(qū)、腹側運動后、頂葉、頂內溝和顳中回，功能是負責管理空間注意和視覺運動，提供自上而下的注意定向。FPN是不具有左右對稱性的網絡，分為左額頂網絡和右額頂網絡，左側FPN與語音、記憶相關，右側FPN與內感受性知覺、軀體感覺、工作記憶、抑制相關。

腦區(qū)間的功能連接是指不同腦區(qū)活動時間序列之間統(tǒng)計學的變化相關性[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，DMNDAN、DMN-FPN均為負連接，而DAN-FPN為正連接。由于DAN和DMN之間為負連接且強度為1，說明它們是兩個完全對立的網絡。FPN和DMN之間為負連接且連接強度較弱，表明兩者并非完全的拮抗關系，在一些功能上還是有相互協(xié)同的作用。

3.4動機特質與功能連接的相關性BAS和BIS評分均與網絡連接有一定的相關性。BAS得分分別與DMN-FPN和DAN-FPN呈顯著正、負相關；BIS得分與DMN-DAN顯著負相關。表明在人腦的神經功能模式上，動機特質體現(xiàn)出個體差異。BAS得分高者，DMN-FPN連接強度增大，DAN-FPN連接強度減小。DMN與DAN是兩個相互拮抗的網絡，而FPN在解剖位置上位于DAN與海馬-皮質記憶系統(tǒng)（默認網絡一部分）之間，功能上與這兩個網絡的信息整合有關。DMN內部有兩個重要的節(jié)點是后扣帶回和內側前額葉皮質，中線區(qū)結構（包括內側前額葉皮質和后扣帶回）與個人追求目標和與自我參照思維相聯(lián)系的未來事件情節(jié)模擬相關[14-15]；后扣帶回可能與支持內部的定向認知相關,并且在調節(jié)注意力的焦點上有重要作用[16]，內側前額葉皮質可能與自我促進（如強調希望、成就和進步）的過程相關[17]。Spreng等[18]研究發(fā)現(xiàn)，DMN與FPN相互協(xié)同，參與自傳式規(guī)劃過程，表明DMN-FPN連接強的個體更擅長于展望、規(guī)劃。

BIS得分較高者，DMN-DAN負連接強度的增加，兩者是相互對立的網絡。有研究表明，消極的認知模式下，腦區(qū)激活主要為后扣帶和眶前回內側皮質，主要與事件記憶、自省以及情緒調節(jié)有關；積極的認知模式下，外側前額葉皮質和下頂葉主要被激活，是注意力和自適應控制的區(qū)域。

綜上所述，不同動機特質靜息態(tài)下呈現(xiàn)前額葉偏側化活動，動機系統(tǒng)對應的是多個腦區(qū)網絡水平負載的神經活動。

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（收稿2016-01-25）

Correlation between different motivational traits and brain function in resting state

LI Jiahan,WANG Xin,

CHENG Lili,ZHANG Xuejun.School of Medical Imaging,Tianjin Medical University,Tianjin 300203,China

ObjebtiveMotivation traits include motivational approach system(BAS)and behavioral inhibition system(BIS).To analyze brain activity of different motivational traits in resting-state,and to test the relationships between functional connectivity and trait approach/avoidance motivationby using resting state functional magnetic resonance imaging technology.MethodsA total of 38 healthy college students completed BIS/BAS questionnaire,and were classified into three groups:high BAS group who had high BAS low BIS,high BIS group(high BIS low BAS),and control group(low BAS low BIS).Resting-state fMRI scan and sagittal structural images were collected.All preprocessing steps and statistics were carried out.The high BAS group and high BIS group were compared to the control group respectively.The brain areas with significant difference were detected by a two-sample t test.The Seed-based Correlation Analysis was used to explore functional connectivity for three predefined networks.Spearman test was used to analyze the relationships between functional connectivity and trait approach/avoidance motivation.ResultsCompared to the control group,amplitude of low-frequency fluctuation(ALFF)was significantly increased at left calcarine cortices,precuneus,posterior cingulate cortex(PCC),and middle frontal gyri(MFG),right caudate nucleus,and bilateral anterior cingulate cortex(ACC)in the high BAS group;at the right frontal lobe,temporal lobe,inferior parietal lobule,calcarine cortices,and the left PCC in the high BIS group.ALFF was significantly decreased at the bilateral thalamus,right superior temporal gyriand,and left parietal lobe in the high BAS group; at the left frontal lobe,parietal lobe,and bilateral ACC in the high BIS group.The BAS score was significantly correlated with the strength between DMN-FPN,and DAN-FPN(r=0.69,P＜0.001;r=-0.40,P=0.037,respectively),the BIS score was significantly correlated with DMN-FPN(r=-0.41,P=0.036).Conclusions Prefrontal asymmetry on different motivational traits exists in resting-state.Trait approach motivation and trait avoidance motivation are significantly correlated with functionalconnectivity.The motivational trait isaneural activity involved multiple brain areas.

Motivational trait;Resting-state;Amplitude of low-frequency fluctuation;Functional connectivity;Brain area

10.19300/j.2016.L4209

R445.2

A

天津醫(yī)科大學醫(yī)學影像學院，天津300203

張雪君，E-mail：ydzhangxj@126.com