侯莉娟,周立明,宋 爭(zhēng),于 勇,王 君

隨意運(yùn)動(dòng)控制的全腦功能磁共振成像研究

侯莉娟1,周立明2,宋 爭(zhēng)2,于 勇1,王 君2

目的:利用全腦功能磁共振成像(fMRI)技術(shù),對(duì)參與上下肢左右側(cè)關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)的大腦皮層控制區(qū)及皮層下基底神經(jīng)節(jié)核團(tuán)進(jìn)行研究,探討不同運(yùn)動(dòng)控制區(qū)在隨意運(yùn)動(dòng)中的調(diào)控機(jī)制。方法:采用Siemens公司MAGNETOM Trio 3.0T磁共振成像系統(tǒng),對(duì)7名健康右利手志愿者進(jìn)行左右側(cè)踝關(guān)節(jié)以及利手、非利手隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)的全腦fMRI掃描。數(shù)據(jù)經(jīng)過頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化,高斯平滑等預(yù)處理后,通過相關(guān)分析分別獲得左右側(cè)踝關(guān)節(jié)、利手以及非利手隨意運(yùn)動(dòng)的腦激活圖,采用SPM軟件對(duì)參與隨意運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)進(jìn)行解剖定位并對(duì)其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行分析討論。結(jié)果:利手運(yùn)動(dòng)主要激活對(duì)側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)(M 1),雙側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(SMA)和雙側(cè)小腦,各激活區(qū)域中心點(diǎn)激活范圍為3.15～6.68。非利手運(yùn)動(dòng)主要激活雙側(cè)小腦、SMA以及蒼白球、紋狀體和丘腦等基底神經(jīng)核團(tuán),各激活區(qū)域中心點(diǎn)激活范圍為3.30～7.19,參與非利手運(yùn)動(dòng)控制的腦區(qū)激活量是利手的2.31倍。左右側(cè)踝關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)主要激活對(duì)側(cè)M 1、雙側(cè)SMA以及小腦,中心點(diǎn)激活量范圍為3.15～7.41。結(jié)論:上下肢的隨意運(yùn)動(dòng)主要依賴于大腦皮質(zhì)和小腦等結(jié)構(gòu),同時(shí)基底神經(jīng)節(jié)也是參與其調(diào)控的重要神經(jīng)核團(tuán)。

運(yùn)動(dòng)控制;磁共振成像;大腦;手;踝關(guān)節(jié)

隨意運(yùn)動(dòng)貫穿于人類日常生活和社會(huì)活動(dòng)的全部過程中,如讀書、寫字、講話、體育運(yùn)動(dòng)等。多年來,科學(xué)家們?cè)诒姸囝I(lǐng)域?qū)﹄S意運(yùn)動(dòng)及其控制的機(jī)制進(jìn)行了大量研究。應(yīng)用解剖學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)等方法確定了參與動(dòng)物和人類隨意運(yùn)動(dòng)控制的基本解剖結(jié)構(gòu)、生理功能及各結(jié)構(gòu)間的相互聯(lián)系。但由于受到研究條件的限制,對(duì)人類隨意運(yùn)動(dòng)的發(fā)起、編程以及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過程中中樞調(diào)控機(jī)制還未能進(jìn)行徹底的闡釋[6]。近30年來,醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,特別是功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)等新技術(shù)的涌現(xiàn),將神經(jīng)機(jī)制的活體研究進(jìn)一步深入化,也為運(yùn)動(dòng)控制研究提供了一條新的途徑[11,19,22]。隨意運(yùn)動(dòng)的中樞控制機(jī)制不僅在神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究中,在神經(jīng)病學(xué)臨床實(shí)踐中也有重要的意義。它可以揭示特定的運(yùn)動(dòng)功能區(qū);可以針對(duì)性地評(píng)估運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)損傷程度且能準(zhǔn)確定位病灶,有利于手術(shù)治療和后期恢復(fù)性訓(xùn)練的開展;可以了解如何提高運(yùn)動(dòng)能力及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷與功能關(guān)系,研發(fā)新的治療手段[7]。為此,本研究利用fMRI技術(shù),對(duì)上下肢左右側(cè)關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制區(qū)進(jìn)行研究,從利手和非利手的區(qū)別以及皮層及皮層下核團(tuán)怎樣參與運(yùn)動(dòng)調(diào)控的角度進(jìn)行定位觀察與系統(tǒng)分析,進(jìn)一步探討隨意運(yùn)動(dòng)控制的中樞調(diào)控機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

男性健康志愿者7名,年齡20～25歲,身高176.86± 4.70 cm,體重71.86±5.49 kg。受試者閱讀并簽署“實(shí)驗(yàn)知情同意書”,詳細(xì)告知實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒?。全部受試者為右利?無肢體運(yùn)動(dòng)障礙和神經(jīng)系統(tǒng)疾病,能夠領(lǐng)會(huì)并配合完成實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)指令。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 任務(wù)設(shè)計(jì)

任務(wù)采用Block組塊設(shè)計(jì),包括兩個(gè)掃描序列,分別是利手和非利手的握拳運(yùn)動(dòng)和左右側(cè)踝關(guān)節(jié)的背屈運(yùn)動(dòng),左右側(cè)交替進(jìn)行。如圖1所示,每個(gè)序列中包含10個(gè)20 s任務(wù),之間為20 s休息。第一個(gè)序列的任務(wù)組塊中包含20次握拳運(yùn)動(dòng);第二個(gè)任務(wù)組塊中包含20次踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng),如圖2所示,運(yùn)動(dòng)角度為30°,運(yùn)動(dòng)頻率為2 Hz,兩組運(yùn)動(dòng)各400 s,共800 s。實(shí)驗(yàn)程序采用E-prime軟件呈現(xiàn),由磁共振投射系統(tǒng)投射到頭線圈上方安置的小平面鏡到被試視野中央。

圖1 隨意運(yùn)動(dòng)模式組塊設(shè)計(jì)示意圖(L:左;R:右)Figure 1. Block Design of the Voluntary Movement(L:left;R:right)

圖2 踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)示意圖Figure 2. Sketch Map of the Ankle Dorsiflexion

1.2.2 掃描參數(shù)

采用Siemens MAGNETOM Trio 3.0T磁共振成像系統(tǒng)(北京師范大學(xué)腦成像中心)進(jìn)行圖像采集。頭正交線圈,受試者實(shí)驗(yàn)時(shí)仰臥,頭部加用軟海綿固定于線圈內(nèi)以減少頭部運(yùn)動(dòng)。功能像掃描:采用梯度回波平面成像序列,參數(shù)為:TR 2000 ms,TE 30 ms,翻轉(zhuǎn)角90°,層厚3.6 mm,層間距0.72 mm,層數(shù)33,距陣64×64,視野218× 218 mm2。三維結(jié)構(gòu)像掃描:采用T1-MPRAGE進(jìn)行三維全腦掃描,層數(shù)=176,層厚1.0 mm,TR1900 ms,TE3.44 ms,翻轉(zhuǎn)角9°,視野256×256 mm2。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPM 5(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件對(duì)fMRI實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。預(yù)處理包括頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化和空間平滑處理,高斯平滑(FWHM=8 mm)處理,采用相關(guān)分析法計(jì)算各個(gè)體素(voxel)的信號(hào)與實(shí)驗(yàn)任務(wù)參考波之間的相關(guān)程度,統(tǒng)計(jì)結(jié)果用偽彩色顯示,并疊加于三維結(jié)構(gòu)像上生成統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 任務(wù)響應(yīng)曲線

圖3 Onset序列卷積血液動(dòng)力學(xué)函數(shù)參考序列(左側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng))示意圖Figure 3. Reference Sequence of Onset Convolve Hemo Dynam ics Function(Left ankle dorsiflexion)

圖3是左側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)顯示的血液動(dòng)力學(xué)函數(shù)參考序列。實(shí)驗(yàn)的任務(wù)組塊2中,進(jìn)行了左右側(cè)踝關(guān)節(jié)各5次的背屈運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中為增加任務(wù)相應(yīng)的一致性,保留第2到第9個(gè)任務(wù),即左側(cè)踝關(guān)節(jié)為第3、5、7、9個(gè)任務(wù),右側(cè)踝關(guān)節(jié)為第2、4、6、8個(gè)任務(wù)。由圖3可以看出,每個(gè)任務(wù)中均有較好的血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)曲線。

2.2 踝關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦激活圖

圖4顯示,左側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)時(shí)激活的腦區(qū)主要包括雙側(cè)小腦,對(duì)側(cè)額上回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、扣帶回以及中央旁小葉、中央前回和中央后回等,各激活區(qū)域的中心點(diǎn)激活量范圍為3.15～6.68;右側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)時(shí)主要激活雙側(cè)小腦、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū),對(duì)側(cè)中央旁小葉、中央前回、中央后回、額上回等,中心點(diǎn)激活量范圍為3.17～7.41。2.3 利手與非利手隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦激活圖

圖4 踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)的腦激活圖(A:左踝;B:右踝)Figure 4. Brain activation map of ankle dorsiflexion(A:Left;B:Right)

表1 參與踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)控制的腦區(qū)報(bào)表Table 1. Brain control areas of ankle dorsiflexion

圖5顯示,利手(右手)握拳運(yùn)動(dòng)時(shí)主要激活雙側(cè)小腦,對(duì)側(cè)額上回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、中央前回、扣帶回、中央后回以及顳葉等,各激活區(qū)域的中心點(diǎn)激活量范圍為3.15～6.68。非利手(左手)運(yùn)動(dòng)激活腦區(qū)主要包括雙側(cè)小腦、中央前回、中央后回,對(duì)側(cè)額上回、頂葉、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū),以及雙側(cè)基底神經(jīng)核團(tuán)蒼白球、紋狀體和丘腦等,各激活區(qū)域的中心點(diǎn)激活量范圍為3.30～7.19,參與非利手運(yùn)動(dòng)控制的腦區(qū)激活量(97.83)為利手(42.26)的2.31倍。

圖5 非利手、利手握拳運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦激活圖(A:左手;B:右手)Figure 5. Brain activation map of dom inant/nondom inant hand’smaking fist(A:Left;B:Right)

表2 參與利手與非利手握拳運(yùn)動(dòng)控制的腦區(qū)報(bào)表Table 2. Brain control areas when making a fist with dom inant/nondom inant hand

續(xù)表2

3 討論

fMRI是磁共振成像最新應(yīng)用和發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù),它的主要原理在于磁共振信號(hào)強(qiáng)弱與血流含氧量有關(guān),通過測(cè)量腦功能活動(dòng)時(shí)腦內(nèi)血流含氧量變化,觀測(cè)相應(yīng)部位神經(jīng)元活動(dòng)的變化,故又稱為血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)功能磁共振成像。BOLD技術(shù)由Ogawa等[17]首先提出并驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)證實(shí)當(dāng)人腦在接受感覺刺激或進(jìn)行活動(dòng)時(shí),腦部特定區(qū)域被激活。通過fMRI的應(yīng)用,我們已經(jīng)能夠?qū)ν饨绮煌穆?、光等刺激大腦的功能活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的觀察。

3.1 上下肢隨意運(yùn)動(dòng)的大腦皮質(zhì)功能定位及左右半球優(yōu)勢(shì)

運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能區(qū)主要包括初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)(p rimary motor areas,M 1)(中央前回和中央旁小葉的前部,4區(qū));輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(supplementary motor area,SMA)(大腦皮質(zhì)內(nèi)側(cè)面和背外側(cè)面上部,6區(qū))以及屬于5、7、23和24區(qū)的頂后葉皮質(zhì)和部分扣帶回運(yùn)動(dòng)區(qū)[18]。在對(duì)大腦皮質(zhì)功能區(qū)進(jìn)行定位研究時(shí),可采用上肢手腕屈伸、手指對(duì)指、手握拳,或者下肢膝關(guān)節(jié)屈伸、踝關(guān)節(jié)屈伸等運(yùn)動(dòng)激活方式[3,10,12,14]。但由于手部運(yùn)動(dòng)激活區(qū)域顯著大于下肢,且下肢運(yùn)動(dòng)容易產(chǎn)生頭動(dòng)干擾信號(hào)等原因[5],目前的研究多采用上肢手運(yùn)動(dòng)。近年來,腦中風(fēng)患者數(shù)目急劇增多,且35%的患者出現(xiàn)下肢運(yùn)動(dòng)功能受阻現(xiàn)象,所以,對(duì)于下肢運(yùn)動(dòng)的皮質(zhì)功能定位在臨床康復(fù)指導(dǎo)中有重要的指導(dǎo)意義。本實(shí)驗(yàn)中上下肢隨意運(yùn)動(dòng)時(shí),大腦皮層雙側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)顯著激活,且以對(duì)側(cè)激活為主,呈偏側(cè)性;上肢手運(yùn)動(dòng)的激活區(qū)域(圖5AB第53層紅色激活區(qū))顯著大于下肢踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的激活區(qū)域(圖4AB第53層紅色激活區(qū)),這與經(jīng)典的軀體隨意運(yùn)動(dòng)調(diào)解呈現(xiàn)交叉性支配和精細(xì)功能定位支配理論一致[4]。Ehrsson等人采用正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù),觀測(cè)到上肢手腕和下肢踝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)激活的腦區(qū)主要包括M 1、SMA以及扣帶回,右側(cè)踝關(guān)節(jié)高頻運(yùn)動(dòng)時(shí)還觀察到雙側(cè)丘腦的激活[8],本實(shí)驗(yàn)中下肢運(yùn)動(dòng)未觀察到皮層下基底神經(jīng)核團(tuán)激活,這可能與運(yùn)動(dòng)的幅度與不同頻率的刺激有關(guān)。另外,從圖3顯示的卷積血液動(dòng)力學(xué)函數(shù)序列可以看出,當(dāng)肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)皮層功能區(qū)局部信號(hào)強(qiáng)度明顯上升,而當(dāng)刺激停止時(shí),局部信號(hào)明顯下降,說明運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能區(qū)主要在肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)被激活,即它主要參與肢體的隨意運(yùn)動(dòng)控制。

1836年達(dá)克斯(Dax)曾指出失語與左半球病變有關(guān),之后Broca根據(jù)其臨床失語病人的研究,認(rèn)為左半球具有言語機(jī)能的優(yōu)勢(shì),且一些復(fù)雜的高級(jí)機(jī)能由左半球主管,所以稱它為優(yōu)勢(shì)半球[2]。目前,全球大約有90%的人是用右手執(zhí)行高度技巧性勞動(dòng)操作,被稱為“右利手”。人在長(zhǎng)期勞動(dòng)和使用工具的過程中,習(xí)慣用一只手即右手來進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)中,利手和非利手完成同樣握拳隨意運(yùn)動(dòng),由于利手經(jīng)過了長(zhǎng)期訓(xùn)練,而非利手相對(duì)生疏,進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)難度大于利手,即非利手的隨意運(yùn)動(dòng)需要更多的神經(jīng)核團(tuán)參與調(diào)節(jié)和控制。有研究發(fā)現(xiàn),由于右腦半球在空間定向和感知上具有一定優(yōu)勢(shì),所以如何通過雙側(cè)肢體的均衡訓(xùn)練充分發(fā)揮右腦的作用,已成為西方體育科學(xué)研究中提高體育競(jìng)賽能力的重要課題[23]。

扣帶回作為高級(jí)運(yùn)動(dòng)中樞之一,對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能的研究近年來受到廣泛的關(guān)注。研究報(bào)告顯示,靈長(zhǎng)類扣帶回存在著前后2個(gè)與前肢運(yùn)動(dòng)有關(guān)的領(lǐng)域,分別被稱為前部扣帶回運(yùn)動(dòng)區(qū)和后部扣帶回運(yùn)動(dòng)區(qū),且前部神經(jīng)元與運(yùn)動(dòng)的選擇、準(zhǔn)備狀態(tài)、反饋的評(píng)價(jià)有關(guān),后部神經(jīng)元與以視覺、聽覺或振動(dòng)覺為始動(dòng)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)[9]。將逆行性標(biāo)記物質(zhì)分別注入到猴的大腦皮質(zhì)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的前肢運(yùn)動(dòng)支配區(qū)域,可見扣帶回存在著投射到這些部位的神經(jīng)元,本實(shí)驗(yàn)中觀察到上下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)均有雙側(cè)扣帶回的激活,提示扣帶回也是參與隨意運(yùn)動(dòng)控制的重要腦區(qū)。

本實(shí)驗(yàn)中所獲得的腦功能圖像能很好地顯示大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)的形態(tài)分布,進(jìn)一步證明fMRI在運(yùn)動(dòng)刺激時(shí)能觀察到大腦皮質(zhì)相關(guān)區(qū)域的活動(dòng),顯示一系列與隨意運(yùn)動(dòng)控制有關(guān)的大腦結(jié)構(gòu),包括主運(yùn)動(dòng)區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、額皮質(zhì)、扣帶回等。但一些電生理研究結(jié)果顯示,當(dāng)個(gè)體變異或疾病發(fā)生時(shí),解剖上的分界與功能的執(zhí)行并不完全一致,所以,對(duì)于運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能區(qū)的定位研究是一項(xiàng)長(zhǎng)期需要深入的工作,需要對(duì)不同運(yùn)動(dòng)模式下腦激活情況進(jìn)行進(jìn)一步的觀察與分析,這對(duì)神經(jīng)外科治療與康復(fù)中運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能區(qū)的定位有重要的意義。

3.2 小腦在運(yùn)動(dòng)控制中的作用

除大腦皮質(zhì)外,實(shí)驗(yàn)中還觀察到隨意運(yùn)動(dòng)顯著激活了雙側(cè)小腦。根據(jù)小腦的傳入、傳出纖維聯(lián)系,可分為前庭小腦、脊髓小腦和皮質(zhì)小腦三個(gè)功能區(qū),其中,皮質(zhì)小腦主要參與隨意運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)和程序的編制,它不僅是維持機(jī)體平衡的重要器官,更是存貯運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶的主要功能腦區(qū)。有研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)時(shí)程學(xué)習(xí)前后小腦激活體積發(fā)生變化,在相同運(yùn)動(dòng)頻率條件下,學(xué)習(xí)后小腦激活體積明顯減少,盡管學(xué)習(xí)序列在訓(xùn)練后成績(jī)明顯好于對(duì)照序列,但兩種序列的激活位置和激活體積幾乎相同。提示小腦參與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過程而不是運(yùn)動(dòng)操作本身,訓(xùn)練導(dǎo)致的小腦激活變化可能與學(xué)習(xí)有關(guān)而與運(yùn)動(dòng)操作性質(zhì)的改變無關(guān)[1]。根據(jù)Schmahmann小腦皮質(zhì)的分類法[20],本實(shí)驗(yàn)中手握拳運(yùn)動(dòng)的主要激活區(qū)位于小腦半球偏后外側(cè)的區(qū)域,包括Ⅷ,Ⅸ和Ⅹ,說明即使是對(duì)于手握拳這樣簡(jiǎn)單的隨意運(yùn)動(dòng)仍依賴于大腦和小腦多個(gè)腦區(qū)的協(xié)同控制,這一結(jié)論在臨床實(shí)踐中有一定指導(dǎo)價(jià)值。在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病診斷、治療和康復(fù)過程中,不應(yīng)只考慮皮層的作用而忽視其他腦結(jié)構(gòu)的作用。

3.3 基底神經(jīng)節(jié)在運(yùn)動(dòng)調(diào)控中的作用

本研究較系統(tǒng)地比較了利手(右手)和非利手(左手)隨意運(yùn)動(dòng)的腦結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的差異,結(jié)果表明,非利手運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步激活了皮層下基底神經(jīng)節(jié)核團(tuán),如丘腦、紋狀體、蒼白球等,提示非利手的隨意運(yùn)動(dòng)控制不僅需要皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)的調(diào)控,還需要部分皮層下核團(tuán)的參與?；咨窠?jīng)節(jié)是大腦皮層控制下調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的一個(gè)神經(jīng)核團(tuán),具有運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)下整合中樞的作用,不僅調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)椎體系功能,同時(shí)支持條件反射、空間知覺、注意轉(zhuǎn)換等較簡(jiǎn)單的認(rèn)知和記憶功能[13],對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)以及不同狀態(tài)下的隨意運(yùn)動(dòng)起重要的調(diào)控作用[15]。臨床中基底神經(jīng)節(jié)的損傷引起許多例如帕金森、多動(dòng)癥等運(yùn)動(dòng)障礙。Metter等用PET顯像比較了左側(cè)半球包括基底節(jié)損傷的慢性失語癥患者隨意運(yùn)動(dòng)功能的障礙,其書寫等運(yùn)動(dòng)功能減退的同時(shí),左側(cè)尾狀核的代謝減少[16]。Singh等發(fā)現(xiàn),右利手者左手運(yùn)動(dòng)時(shí),左側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)激活較右手運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)激活明顯;而左利手者左手運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)動(dòng)激活無顯著不同[21]。右利手者左手運(yùn)動(dòng)引起的同側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)激活比右手運(yùn)動(dòng)明顯,說明在控制同側(cè)手運(yùn)動(dòng)過程中左半球比右半球發(fā)揮更大作用。本實(shí)驗(yàn)中利手對(duì)皮層下核團(tuán)的調(diào)控依賴性相對(duì)較小,即長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可提高神經(jīng)控制效率,所以,在神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙康復(fù)訓(xùn)練中,可針對(duì)性采取雙側(cè)肢體的重復(fù)訓(xùn)練,開發(fā)右側(cè)大腦的潛能,提高功能恢復(fù)效率。

4 小結(jié)

本研究利用fMRI技術(shù),對(duì)參與利手、非利手以及左右側(cè)踝關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)的大腦運(yùn)動(dòng)控制區(qū)進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)利手運(yùn)動(dòng)主要激活對(duì)側(cè)M 1區(qū),雙側(cè)SMA和雙側(cè)小腦,而非利手運(yùn)動(dòng)主要激活雙側(cè)小腦、M 1區(qū)、SMA以及蒼白球、紋狀體和丘腦等基底神經(jīng)核團(tuán)。左右側(cè)踝關(guān)節(jié)隨意運(yùn)動(dòng)主要激活對(duì)側(cè)M 1、雙側(cè)SMA以及小腦,即上下肢的隨意運(yùn)動(dòng)主要依賴于大腦皮質(zhì)和小腦等結(jié)構(gòu),同時(shí),基底神經(jīng)節(jié)也是參與其調(diào)控的重要神經(jīng)核團(tuán)。

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Whole-brain Functional Magnetic Resonance Imaging Analysis of Motor Control in Human Brain

HOU Li-juan1,ZHOU Li-ming2,SONG Zheng2,YU Yong1,WANG Jun2

Objective:To identify the neural co rrelates of voluntary movements of hand and ankle by using the w hole brain functional magnetic resonance imaging technique.Methods:Seven right handed healthy volunteers were scanned at MAGNETOM Trio 3.0 Tesla magnetic resonance imaging scanner(Siemens)w hile perfo rming the visually instructive movement tasks w ith their right and left hands and ankles.Image datasets were spatially normalized according to the standard coordinate,and spatially smoothed w ith isotopic Guassian Kernel.Statistical parametric map s(activation maps)fo r right and left hands and ankles were generated respectively by cross-co rrelation analysis.Results:Dominant hand movement mainly activated contralateral p rimary motor co rtex(M 1),bilateral supp lementary motor area(SMA)and cerebellum,the total activation of the central spots is 3.15～6.68.Non-dominant hand movement mainly activated bilateral SMA,cerebellum and basal ganglion,the total activation of the central spots is 3.30～7.19,and it is 2.31 times of the dominant hand.Bilateral ankle voluntary movements mainly activated bilateral M 1,SMA and cerebellum,the total activation of the central spots is 3.15～7.41.Conclusion:A large set of structures in the cerebral cortex and cerebellum are involved in voluntary movements.A t the same time,the basal ganglion is also the important regulation and control central nucleus during voluntary movement.

motor control;magnetic resonance imaging;brain;hand;ank le

G804.5

A

1000-677X(2010)08-0062-07

2010-06-02;

2010-07-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30800267);教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目。

侯莉娟(1979-),女,山西晉中人,講師,博士,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)神經(jīng)調(diào)控,Tel:(010)58807842,E-mail:houlj@bnu. edu.cn;王君(1975-),女,遼寧沈陽人,博士,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)康復(fù),Tel:(010)58802060,E-mail:jun_ w ang@bnu.edu.cn。

1.北京師范大學(xué)體育與運(yùn)動(dòng)學(xué)院,北京100875;2.北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100875 1.Physical Education and Spo rt College,Beijing Normal University,Beijing 100875,China;2.State Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning,Beijing Normal University,Beijing 100875,China.