基底神经节参与中英文书写——来自PET-CT的证据

摘要

研究背景：
　　 书写是人类独有的高级神经活动,在人类的交流中起着重要的作用。复杂的书写过程不仅需要视觉、听觉、运动觉的相互协调,还需要语言、思维、理解、逻辑、记忆等认知过程的共同参与。传统意义上,语言优势半球额中回的后部为书写中枢,即Exner区。但是随着临床观察、神经影像、病理解剖、言语心理等方面的研究的不断深入,越来越多的证据证明书写依赖于广泛的神经网络涉及额、顶、枕、颞等相关皮层及皮层下结构。而中文和英文分属藏汉语系和印欧语系,前者为表意文字,后者为表音文字,无论是字词结构还是语法规则均有不同。以往研究多集中于大脑皮质与书写的关系,近年来关注的皮层下书写功能多为对两种语言各自独立的研究,结论各异。那么,这两种语言书写的神经心理学机制究竟有什么不同?基底神经节(Basal ganglia,BG)在这两种书写过程中是否扮演着同样的角色?
　　 基底神经节是位于皮层下的灰质核团,属于锥体外系的一部分,包括尾状核、壳核、苍白球、丘脑底核等。在哺乳类以下的动物中,大脑皮质功能不完善,基底神经节成为运动功能的最高级整合中枢；在哺乳动物中,大脑皮质充分进化,基底神经节通过各种神经递质及肽类、神经环路参与运动调节,退居于从属地位。但是随着对基底神经节研究的不断深入,学者发现基底神经节不仅参与运动的控制,还参与记忆、语言、学习、推理、书写等高级神经活动。有学者认为基底神经节可以作为继Broca、Wernick区之后的“第三语言区”,具有非常重要的研究价值。临床上一些主要以基底神经节损害为主的疾病,如帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、亨廷顿病(Huntington’s disease,HD)、肝豆状核变性(Wilson’s disease,WD)、皮质基底神经节变性等,可引起不同性质书写障碍,例如小写症、构字障碍、视空间失写等等,提供了推测基底神经节参与书写过程的线索,但是由于临床病例的复杂性,尚难以完全确定有无基底神经节之外的其他脑结构损害与书写障碍有关。因此,临床病例研究的不足为进一步在健康人群中进行书写研究提供了必要性。
　　 目前,随着功能神经影像学的不断发展,功能磁共振(functional magneticresource imaging,fMRI)、脑磁图(magnetoencephalogram,MEG)、正电子发射计算机体层显像-计算机体层显像(positron emission tomography-computer-tomography:,PET-CT)对书写相关脑区的活体研究提供了更为有效和精确的定位,具有较好的空间及时间分辨率。但是由于研究手段、实验范式、研究对象等的不同,实验结果难以统一。功能磁共振因其较好的空间分辨率及费用低廉成为目前主要的研究手段,但是其难以模拟常规书写且扫描时间过短难以进行持续性书写研究。脑磁图具有较高时间分辨率,但不能探测与颅骨表面垂直方向的径向电流,它只对与颅骨表面成切线方向的电流信号敏感,而脑内神经细胞排列不规则,所以局部脑区实际激活功率的探测将会不可避免的受到影响。PET-CT,又称分子成像,虽然价格昂贵,但其可从测量示踪剂在脑内神经细胞的代谢来直观的显示书写的功能区,可将刺激任务的执行与扫描分离,适用于持续书写的研究,但目前在书写功能的研究中应用较少。所以应用PET-CT对健康受试者的书写进行分析,对于探讨基底神经节在书写中的作用是一个新的切入点。本实验选择以中文为其第一语言的健康中国大学生及以英文为其第一语言的印度留学生为受试者,采用PET-CT为研究手段,主动书写为实验范式,统计参数图(statistical parametric mapping,SPM)为统计软件,分别观察中英文书写作业中基底神经节的葡萄糖代谢,进而观察其激活情况,以期探讨基底神经节在中英文书写中的作用及其差异,并进一步推测其神经心理学机制。
　　 研究目的：
　　 应用PET-CT揭示中英文书写作业中基底神经节的激活情况,获得基底神经节是否参与中英文书写过程的证据,分析中英文书写过程中基底神经节激活的差异,探讨其神经心理学机制。
　　 研究对象
　　 中文书写组受试者6名,男性,年龄23～25岁,平均年龄23.67±0.82岁,中文为其第一语言,为南方医科大学在读本科生。英文书写组受试者6名,男性,年龄18～21岁,平均年龄20.17±1.07岁,英语为其第一语言,为南方医科大学在读本科印度留学生。受试者均为健康右利手者且均可进行流利篇章书写,无神经及精神系统疾病,艾森克人格测验筛选为稳定型。本试验通过了南方医院医学伦理委员会的批准,受试者在详细了解本试验的基础上自愿签署了知情同意书。
　　 研究方法
　　 所有受试者均接受2次PET-CT扫描,每次各完成1次书写作业。中文书写组的实验任务为第一次的假写作业和第二次的中文书写作业。英文书写组的试验任务为第一次的假写作业和第二次的英文书写作业。2次书写作业之间间隔3～5天。根据中英文书写的笔势特征,中文的假写作业设计为以常规书写姿势逐格涂黑稿纸空格,英文的假写作业设计为以常规书写姿势在信纸上画螺旋图形,均不产生文字；中英文书写作业均设计为命题篇章书写。受试者每次作业时采用PET-CT进行扫描以获得假写作业和文字书写作业时的图像数据,进而应用SPM2对每组两次作业的图像数据进行配对f检验比较,从而获得中英文文字书写各自葡萄糖代谢增高的区域及相应的脑功能激活图。应用SPM2对中文书写作业和英文书写作业进行两个样本t检验的分析,从而获得中英文书写相比较的葡萄糖代谢增高的区域及相应的脑功能激活图。
　　 结果
　　 1.中文书写组中文书写作业与假写作业比较激活区为右侧尾状核(P<0.01):
　　 2.英文书写组英文书写作业与假写作业比较激活区为左侧尾状核头(P<0.01):
　　 3.中英文书写作业比较激活区为右侧壳核(P<0.01)。
　　 结论
　　 1.右侧尾状核参与中文书写过程,并在右利手受试者中具有同侧优势性；
　　 2.左侧尾状核参与英文书写过程,并在右利手受试者中具有对侧优势性；
　　 3.右侧壳核在中英文书写作业比较时激活,参与中文复杂的视空间构像加工,右侧基底神经节在整合皮层神经冲动时起到枢纽的作用；
　　 4.基底神经节与广泛大脑皮层及小脑分工协作共同组成了书写相关的神经网络。

目录

文摘

英文文摘

1 、前言

1.1 研究背景

1.2 研究总体设计路线及目的

2 、实验方法

2.1 实验对象

2.2 实验程序

2.3 实验任务

2.4 PET-CT成像

2.5 统计分析

3 、结果

3.1 中文书写组中文书写激活的脑区

3.2 英文书写组英文书写激活的脑区

3.3 中文书写与英文书写比较激活的脑区

4 、讨论

4.1 神经功能神经影像学研究手段的选择

4.2 功能影像学统计分析软件的选择

4.3 实验范式的设计

4.4 中文书写组中文书写脑激活结果讨论

4.5 英文书写组英文书写脑激活结果讨论

4.6 中文书写与英文书写比较脑激活结果讨论

4.7 基底神经节外激活区讨论

4.8 局限性及展望

5 、结论

参考文献

综述

参考文献

中英文缩略词表

攻读学位期间成果

致谢

统计学证明