臧玉峰

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)泛指所有可用于測(cè)量腦功能特點(diǎn)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(lái)越多的學(xué)者也將動(dòng)脈自旋標(biāo)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(rèn)為ASL-fMRI技術(shù)可以更好地反映神經(jīng)活動(dòng)，但ASL-fMRI技術(shù)還不夠成熟，其應(yīng)用研究遠(yuǎn)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(shí)間分辨率(通常采用2～3秒，最快可達(dá)到約80 ms)和空間分辨率(通常采用3～4 mm，可達(dá)到約0.5 mm)，不需要注射對(duì)比劑，無(wú)侵襲性。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，fMRI已經(jīng)是研究人腦高級(jí)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(lái)越大的作用。絕大多數(shù)BOLD-fMRI研究，都需要在掃描過(guò)程中，讓被試執(zhí)行某種認(rèn)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(hào)主要反映了自發(fā)腦活動(dòng)[2,3]。由于RS-fMRI簡(jiǎn)單方便，病人很容易配合，對(duì)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(gè)指標(biāo)在某種程度上可反映腦自發(fā)活動(dòng)的強(qiáng)度[4]，南京軍區(qū)總醫(yī)院盧光明研究組采用這個(gè)指標(biāo)，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(jià)值。目前，RS-fMRI在臨床研究中的應(yīng)用越來(lái)越多，大有超過(guò)任務(wù)狀態(tài)fMRI的趨勢(shì)。

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

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(wèn)題是背景介紹過(guò)短、相關(guān)研究的介紹太少或過(guò)于宏觀，看不出本文針對(duì)的問(wèn)題的研究進(jìn)展，也就無(wú)從知道本研究的創(chuàng)新之處，也看不清楚本研究的動(dòng)機(jī)和假設(shè)。或者即使有假設(shè)，也比較宏觀，看不出提出該假設(shè)的邏輯性。也就是說(shuō)，講“故事”時(shí)沒(méi)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(jiǎn)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(guò)短或過(guò)于宏觀之類的問(wèn)題，同樣存在于某些基金申請(qǐng)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(xì)，有些指標(biāo)如伴發(fā)癥狀等很難控制得非常好，但需要詳細(xì)列出。有些指標(biāo)未必能與對(duì)照完全匹配，但有些稿件的作者認(rèn)為，某個(gè)指標(biāo)在兩組之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異即認(rèn)為是匹配，這是錯(cuò)誤的。比如，兩組的性別匹配問(wèn)題，卡方檢驗(yàn)的P=0.06，絕對(duì)不可以認(rèn)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(shuō)P=1，特別是在小樣本時(shí)更是如此。

2.2 任務(wù)激活的fMRI范式

認(rèn)知任務(wù)的介紹一定要詳細(xì)，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(jì)出這個(gè)任務(wù)。采用的任務(wù)最好有參考文獻(xiàn)，并且在論文中注明采用的任務(wù)與文獻(xiàn)中是完全相同還是進(jìn)行了修改。如果進(jìn)行了修改，要詳細(xì)說(shuō)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(guò)于復(fù)雜，否則錯(cuò)誤率可能會(huì)比較高。錯(cuò)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(wèn)題相似，有些作者認(rèn)為錯(cuò)誤率只要不低于95%就可以了，或者認(rèn)為錯(cuò)誤率在兩組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異就認(rèn)為錯(cuò)誤率對(duì)激活無(wú)影響，這也是錯(cuò)誤的。要詳細(xì)記錄任務(wù)的行為學(xué)結(jié)果，除了錯(cuò)誤率、平均反應(yīng)時(shí)這兩個(gè)常用指標(biāo)，反應(yīng)時(shí)的變異也是很重要的行為學(xué)數(shù)據(jù)。誠(chéng)然，研究人腦的復(fù)雜高級(jí)功能，復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)是必要的。除了少數(shù)臨床醫(yī)生在某種認(rèn)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(rèn)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(guò)不少苦頭。實(shí)際上，研究中可以創(chuàng)新的地方很多，對(duì)于臨床研究，筆者建議多在臨床設(shè)計(jì)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(shí)際上，許多傳統(tǒng)的臨床功能檢查項(xiàng)目，都是在靜息狀態(tài)下進(jìn)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(méi)有“靜息態(tài)”這個(gè)名稱。RS-fMRI與任務(wù)態(tài)fMRI，從掃描的角度來(lái)說(shuō)完全是一樣的。筆者認(rèn)為，RS-fMRI之所以加上“靜息態(tài)”一詞，可能是因?yàn)槿蝿?wù)態(tài)fMRI在認(rèn)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(rèn)知任務(wù)設(shè)計(jì)等同起來(lái)，“靜息態(tài)”這個(gè)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(cè)方法有很大的區(qū)別，這可能也是RS-fMRI形成一個(gè)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(dòng)異常稱為“激活”(activation)異常，略有不妥，筆者認(rèn)為“活動(dòng)”(activity)比較合適，而“激活”，通常是指在任務(wù)狀態(tài)下。RS-fMRI實(shí)驗(yàn)本身比較簡(jiǎn)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(gè)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(wèn)題本身就是腦自發(fā)活動(dòng)受任務(wù)調(diào)節(jié)。

2.4 數(shù)據(jù)獲取

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

2.5 個(gè)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(rèn)參數(shù)，筆者建議明確說(shuō)明采用的是軟件的某個(gè)功能的默認(rèn)參數(shù)。有些參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響非常大。比如，采用SPM檢測(cè)激活區(qū)時(shí)，具體選擇哪一種血液動(dòng)力學(xué)函數(shù)；再如，任務(wù)激活區(qū)檢測(cè)或RS-fMRI功能連接分析時(shí)，是否去除全腦平均時(shí)間序列的影響等，這些參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響比較明顯。在空間標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中，需要明確注明采用哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板，常用的是TT[9]和MNI(見SPM)，這兩個(gè)坐標(biāo)系有一定差異，有研究發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)坐標(biāo)系最大差異達(dá)13 mm[10]。

2.6 組水平的統(tǒng)計(jì)推斷

這里存在的問(wèn)題相對(duì)比較多，分述如下。

2.6.1 單側(cè)檢驗(yàn)與雙側(cè)檢驗(yàn)

對(duì)于 t 檢驗(yàn)，在沒(méi)有特別強(qiáng)的假設(shè)的情況下，通常采用雙側(cè)檢驗(yàn)。但SPM軟件在顯示結(jié)果時(shí)，只提供單側(cè)檢驗(yàn)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(shí)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(yàn)的結(jié)果，很不嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)的雙側(cè)檢驗(yàn)的P值只有0.1。SPM似乎一直未修改這個(gè)錯(cuò)誤。

2.6.2 從組內(nèi)的單樣本檢驗(yàn)結(jié)果推論組間差異

通常來(lái)說(shuō)，fMRI研究的組水平結(jié)果可以分為兩個(gè)部分：一是組內(nèi)的單樣本統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果。下面以任務(wù)激活為例，說(shuō)明如何進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的問(wèn)題。組內(nèi)的單樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果，只能推斷組內(nèi)的情況。如果用組內(nèi)單樣本檢驗(yàn)得到的激活圖來(lái)比較兩組之間的特點(diǎn)，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(guó)際高影響因子雜志的文章，將兩組激活的模式用來(lái)比較兩組之間的差異，從統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)說(shuō)，不管兩組的樣本是否相等，這種比較都是錯(cuò)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(jì)結(jié)果進(jìn)行推斷。

2.6.3 組間結(jié)果“相似”、“相同”、“無(wú)顯著差異”

如上所述，如果兩組的單樣本統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的激活模式很相似，我們推斷為“兩組激活模式相似”，這是沒(méi)有問(wèn)題的。但如果將這樣的結(jié)果解釋為“相同”或“無(wú)顯著差異”當(dāng)然不妥。經(jīng)過(guò)雙樣本統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，如果在某個(gè)激活相似的腦區(qū)未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，“無(wú)顯著差異”是一個(gè)非常準(zhǔn)確的推斷，但少數(shù)研究將這種結(jié)果解釋為“相同”或“沒(méi)有區(qū)別”，則是不準(zhǔn)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(jì)是否合理、激活檢測(cè)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(qiáng)度等指標(biāo))進(jìn)行相關(guān)分析。由于臨床研究的樣本量通常不會(huì)很大，為了減小多重比較校正過(guò)于嚴(yán)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(jìn)行相關(guān)分析時(shí)將兩個(gè)對(duì)比組樣本合并，以增加相關(guān)分析的樣本量，這樣做是有問(wèn)題的，因?yàn)閮山M的量表評(píng)分通常會(huì)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(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性，正確的做法是在兩組內(nèi)分別進(jìn)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(guò)于簡(jiǎn)單，比如只有少數(shù)幾幅斷層圖像。一般來(lái)說(shuō)，呈現(xiàn)fMRI結(jié)果時(shí)應(yīng)包括詳細(xì)的圖和表。腦圖的呈現(xiàn)方式有很多，但筆者認(rèn)為馬賽克斷層方式比較準(zhǔn)確，這種方式逐層呈現(xiàn)并提供相應(yīng)層面的坐標(biāo)，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(zhǔn)確地核對(duì)統(tǒng)計(jì)圖上有差異的團(tuán)塊的具體坐標(biāo)。有些作者偏愛(ài)用立體方式呈現(xiàn)結(jié)果，這種方式在國(guó)際雜志上很多，其優(yōu)點(diǎn)是看上去有較強(qiáng)的立體感、很直觀，但讀者無(wú)法對(duì)其圖上的團(tuán)塊準(zhǔn)確定位。詳細(xì)的表格對(duì)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(tuán)塊大小(mm3)、峰值點(diǎn)坐標(biāo)、峰值點(diǎn)統(tǒng)計(jì)值(t值和P值)等。一定要注明采用的是什么坐標(biāo)系。由于不同的軟件對(duì)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(shí)，注明解剖名稱和Brodmann分區(qū)是通過(guò)什么軟件得到的。

3 討論

討論部分應(yīng)該針對(duì)本研究的發(fā)現(xiàn)而展開討論。有些稿件中的討論過(guò)于宏觀，大段內(nèi)容幾乎是從教科書而來(lái)。比如，有個(gè)別fMRI研究的討論，大篇幅討論fMRI原理。另外一個(gè)很常見的錯(cuò)誤：結(jié)合以往文獻(xiàn)進(jìn)行討論時(shí)，腦區(qū)的定位過(guò)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(gè)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(rèn)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(shí)一樣，討論中對(duì)腦區(qū)的定位也要非常準(zhǔn)確。解剖名稱過(guò)于籠統(tǒng)的原因之一是對(duì)神經(jīng)解剖不夠熟悉，但最主要的原因還是讀文獻(xiàn)不夠多、不夠細(xì)。

4 英文摘要

許多中文雜志的英文摘要可以被國(guó)際上的數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhǔn)確而全面地總結(jié)該研究的亮點(diǎn)是非常重要的。從語(yǔ)言表達(dá)來(lái)看，有些稿件的英文摘要語(yǔ)法錯(cuò)誤非常多，建議仔細(xì)修改，如有必要，可以請(qǐng)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(lái)看，有些摘要占用很多的字?jǐn)?shù)來(lái)介紹一些幾乎常識(shí)性的問(wèn)題。比如，“Alzheimer氏病(AD)的病理機(jī)制尚不清楚、AD是一種嚴(yán)重的記憶障礙”等，這樣的表述所傳遞的信息過(guò)于普通。

小結(jié)：fMRI技術(shù)無(wú)損，兼有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率，而靜息態(tài)fMRI則更是簡(jiǎn)單、方便。fMRI是一個(gè)大科學(xué)，需要多學(xué)科交叉，包括臨床醫(yī)學(xué)、計(jì)算科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等等。一次掃描通?？梢酝瑫r(shí)獲取大量數(shù)據(jù)，包括傳統(tǒng)的高分辨率結(jié)構(gòu)像、擴(kuò)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(guó)病人眾多，fMRI設(shè)備也非常普及，實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較低。在數(shù)據(jù)分析方面，我國(guó)科技工作者也有一定的創(chuàng)新性研究。我國(guó)在fMRI領(lǐng)域已經(jīng)在國(guó)際高水平雜志上發(fā)表了許多文章，相對(duì)于其它學(xué)科的科研水平，我國(guó)在fMRI領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)水平的差距相對(duì)較小。筆者相信，隨著fMRI應(yīng)用基礎(chǔ)研究的進(jìn)一步深入，fMRI技術(shù)在臨床的應(yīng)用價(jià)值會(huì)越來(lái)越大，有望應(yīng)用于腦功能疾病的準(zhǔn)確定位，從而推動(dòng)經(jīng)顱磁刺激和深部腦刺激等治療手段的進(jìn)步。

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

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