高 麗史大鵬王恩峰管 民李中林李永麗

正常志愿者情緒圖片刺激MR腦功能成像性別差異的研究

高 麗1史大鵬1王恩峰1管 民1李中林2李永麗1

目的 探討健康志愿者在情緒圖片刺激下腦功能的性別差異。資料與方法收集2014年11－12月河南職工醫(yī)學(xué)院20名健康在校大學(xué)生志愿者的腦功能數(shù)據(jù)進(jìn)行前瞻性研究，其中男12例，女8例。采用中國(guó)情緒圖片系統(tǒng)（CAPS）作為刺激源，選取正性、中性、負(fù)性圖片各30幅，男性組與女性組選用相同的情緒圖片。每名志愿者隨機(jī)給予正性、中性及負(fù)性圖片刺激，同時(shí)進(jìn)行MR腦功能成像掃描。對(duì)腦功能成像進(jìn)行后處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，分別得到不同性別在情緒圖片刺激下激活的腦區(qū)及差異腦區(qū)。結(jié)果 在負(fù)性情緒圖片刺激下，男性激活右側(cè)杏仁體及右側(cè)前額葉，女性激活雙側(cè)杏仁體及雙側(cè)前額葉；正性情緒圖片刺激下，男性組激活雙側(cè)顳葉及雙側(cè)楔葉，女性組激活雙側(cè)楔葉，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）。不同性別組間比較顯示，負(fù)性情緒刺激下，女性相對(duì)男性激活增強(qiáng)腦區(qū)有左側(cè)杏仁體、雙側(cè)前額葉、雙側(cè)楔前葉、右側(cè)島葉，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）；男性相對(duì)女性無激活增強(qiáng)腦區(qū)。正性情緒刺激下，女性相對(duì)男性左側(cè)前額葉激活增強(qiáng)，男性相對(duì)女性左側(cè)顳葉激活增強(qiáng)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）。結(jié)論 不同性別健康志愿者在情緒刺激下激活腦區(qū)存在差異性。尤其在負(fù)性情緒刺激下，女性激活腦區(qū)較男性多且激活程度增強(qiáng)，進(jìn)一步證實(shí)女性對(duì)于負(fù)性情緒的反應(yīng)更強(qiáng)烈。

磁共振成像；情緒；性別因素；腦功能成像；志愿工作者

情緒是一種復(fù)雜的心理生理學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)也是一種復(fù)雜的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)。多種常見的情緒相關(guān)疾病在發(fā)病率、發(fā)病特征等方面存在性別差異，如焦慮、抑郁女性發(fā)病率顯著高于男性[1-2]。目前認(rèn)為這種性別差異可能與社會(huì)心理因素和神經(jīng)生理因素有關(guān)。Lithari等[3]報(bào)道通過腦電信號(hào)研究發(fā)現(xiàn)，正常男性和女性對(duì)情緒圖片刺激的反應(yīng)不同，其中女性對(duì)負(fù)性情緒圖片刺激反應(yīng)更為強(qiáng)烈。MR腦功能成像空間分辨率高，并已廣泛應(yīng)用于情緒相關(guān)研究。以往多數(shù)研究表明杏仁體、前額葉等多個(gè)腦區(qū)參與情緒過程，同時(shí)推測(cè)情緒相關(guān)腦區(qū)理論上存在性別差異[4-6]。中國(guó)情緒圖片系統(tǒng)（Chinese affective picture system，CAPS）是由中國(guó)科學(xué)院心理健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室編制的情緒刺激系統(tǒng)[7]。本研究采用CAPS作為視覺情緒刺激源對(duì)不同性別正常志愿者進(jìn)行MR腦功能研究，探討情緒相關(guān)腦區(qū)的性別差異。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 2014年11－12月招募河南職工醫(yī)學(xué)院20例健康在校大學(xué)生志愿者，其中男12例，女8例；年齡21～24歲，平均（23.00±0.91）歲，均為本科在讀，所有志愿者均為右利手。男性組與女性組在年齡、受教育年限等方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆gt;0.05）。所有受試者均無神經(jīng)系統(tǒng)疾病及精神疾病病史，且研究前1個(gè)月內(nèi)無顯著影響情緒的重大事件發(fā)生。所有受試者掃描前30 min開始休息，掃描時(shí)處于平靜狀態(tài)。該研究通過鄭州大學(xué)人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery750 3.0T MR掃描儀及8通道相控陣線圈。掃描序列：①軸位T1WI結(jié)構(gòu)像，TR 8.26 ms，TE 2.26 ms，視野（FOV）240 mm×240 mm；②BOLD功能成像采用平面回波序列（echo planer imaging，EPI），TR 2000 ms，TE 30 ms，矩陣64×64，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚4 mm，層間距0 mm，包括190個(gè)全腦掃描，掃描時(shí)間6 min 20 s，功能成像采集2次。每名志愿者總掃描時(shí)間約20 min。

采用E-prime 軟件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，MRI掃描開始后要求受試者安靜、集中注意力感受背投鏡面上的圖片，每次刺激呈現(xiàn)1張圖片，同時(shí)設(shè)置等量的基線?；€、圖片顯示時(shí)間均為2 s。圖片和基線為隨機(jī)出現(xiàn)，圖片數(shù)和基線數(shù)相等。每名受試者在正式掃描前均向其詳細(xì)講述試驗(yàn)過程及注意事項(xiàng)，進(jìn)行MRI掃描前均進(jìn)行1 次及1次以上任務(wù)練習(xí)，在受試者充分掌握任務(wù)后開始掃描。

1.3 數(shù)據(jù)處理 將腦功能數(shù)據(jù)運(yùn)用SPM8軟件行預(yù)處理，排除掃描開始時(shí)磁場(chǎng)不均勻及受試者不適對(duì)數(shù)據(jù)的影響。對(duì)每位受試者的EPI圖像首先進(jìn)行時(shí)間校正和頭動(dòng)校正，舍棄頭動(dòng)三維平移超過1.5 mm或三維旋轉(zhuǎn)超過1.5°的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)重排、配準(zhǔn)、空間標(biāo)準(zhǔn)化，以全寬半高為8 mm進(jìn)行高斯核平滑處理。根據(jù)研究任務(wù)設(shè)計(jì)建立相應(yīng)函數(shù)模型，將功能數(shù)據(jù)按照一般線性模型進(jìn)行參數(shù)評(píng)估分析[8-9]。以中性圖片刺激作為基線對(duì)照，正性圖片與中性圖片分別刺激的數(shù)據(jù)之差作為正性情緒刺激下的激活數(shù)據(jù)；負(fù)性圖片與中性圖片刺激的數(shù)據(jù)之差作為負(fù)性情緒刺激下的激活數(shù)據(jù)。

1.4 情緒圖片判定標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)CAPS系統(tǒng)取90幅圖片，其中正性、中性、負(fù)性各30張。正性圖片愉悅度標(biāo)準(zhǔn)分7～9分；中性圖片愉悅度標(biāo)準(zhǔn)分4～6分；負(fù)性圖片愉悅度標(biāo)準(zhǔn)分1～3分。3組圖片喚醒度保持一致。男性、女性組選用相同的情緒圖片。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPM8軟件，不同性別組內(nèi)正性刺激和負(fù)性刺激的腦區(qū)激活采用單樣本t檢驗(yàn)，在正性和負(fù)性情緒圖片刺激下不同性別組間腦區(qū)激活的差異分別采用組間t檢驗(yàn)，結(jié)果采用AlphaSim方法校正，P＆lt;0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 正性圖片刺激下腦功能結(jié)果 正性圖片刺激條件下男性組激活腦區(qū)包括雙側(cè)顳葉、雙側(cè)楔葉，女性組激活腦區(qū)為雙側(cè)楔葉。激活腦區(qū)及相應(yīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果見表1。不同性別組間對(duì)比，女性相對(duì)男性左側(cè)額中回激活增強(qiáng)，男性相對(duì)女性左側(cè)顳上回激活增強(qiáng)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05）。

2.2 負(fù)性圖片刺激下腦功能結(jié)果 負(fù)性情緒刺激條件下，男性組激活右側(cè)杏仁體、右側(cè)前額葉及雙側(cè)顳葉，見表2、圖1；女性組激活腦區(qū)包括雙側(cè)杏仁體、雙側(cè)前額葉及左側(cè)海馬旁回，見表3、圖2。不同性別組間比較，女性相對(duì)男性激活增強(qiáng)腦區(qū)包括左側(cè)杏仁體、右側(cè)前額葉、雙側(cè)楔前葉及右側(cè)島葉，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＆lt;0.05），見表4、圖3。

3 討論

Fox等[4]研究表明多個(gè)腦區(qū)參與情緒加工過程，正性情緒及負(fù)性情緒參與的腦區(qū)不同，其中杏仁體在負(fù)性情緒中起重要作用。本研究將性別作為分組因素，探討在情緒圖片刺激下，男性及女性激活腦區(qū)存在的差異。

負(fù)性圖片刺激下女性相對(duì)男性多個(gè)腦區(qū)激活增強(qiáng)，包括左側(cè)杏仁體、雙側(cè)前額葉、右側(cè)島葉及雙側(cè)楔前葉。杏仁體與負(fù)性情緒有關(guān)，尤其是恐懼，參與保持情緒的覺醒。本研究進(jìn)一步證實(shí)杏仁體參與負(fù)性情緒過程。以往研究顯示在情緒相關(guān)任務(wù)中，男性杏仁體具有右側(cè)偏側(cè)化激活，女性為左側(cè)偏側(cè)化激活[10-11]。另外Gupta等[5]報(bào)道杏仁體在決策中有重要作用，且杏仁體的這種功能具有與性別相關(guān)的半球偏側(cè)化。右側(cè)杏仁體病變更容易導(dǎo)致男性的決策能力受損，而女性的決策能力與左側(cè)杏仁體相關(guān)，進(jìn)一步說明了不同性別的杏仁體功能具有半球優(yōu)勢(shì)化[5]。本研究中男性右側(cè)杏仁體激活，與既往研究一致。推測(cè)這種偏側(cè)化激活的可能緣于雙側(cè)大腦半球?qū)π畔⒌募庸ふ戏绞酱嬖诓町愋裕覀?cè)大腦半球傾向于對(duì)信息的整體性加工，左側(cè)大腦半球更傾向于對(duì)信息的局部、細(xì)節(jié)性加工[12]。女性左側(cè)杏仁體較男性激活增強(qiáng)，結(jié)合既往研究結(jié)果可以推測(cè)，與男性相比，女性對(duì)負(fù)性情緒更傾向于局部性、細(xì)節(jié)性的認(rèn)知，而男性更傾向于一種整體性的認(rèn)知。

表1 正性情緒圖片刺激下男性、女性激活腦區(qū)及差異腦區(qū)

表2 負(fù)性情緒圖片刺激下男性激活腦區(qū)

表3 負(fù)性情緒圖片刺激下女性激活腦區(qū)

表4 負(fù)性情緒刺激下女性比男性激活增強(qiáng)腦區(qū)

前額葉是情緒和認(rèn)知功能的高級(jí)中樞，在情緒相關(guān)事件中起到整體調(diào)節(jié)整合的作用[13]。伴隨著額葉的損傷，患者會(huì)出現(xiàn)綜合性的認(rèn)知和情感障礙[6]。前額葉同時(shí)也參與了負(fù)性情緒的加工過程，且在負(fù)性情緒調(diào)節(jié)過程與杏仁體之間存在密切的功能聯(lián)系。Banks等[13]研究發(fā)現(xiàn)在情緒調(diào)節(jié)過程中，前額葉與杏仁體的激活顯著相關(guān)，且杏仁體-前額葉功能連接的增強(qiáng)能夠減弱負(fù)性情緒的強(qiáng)度；Lee等[14]研究發(fā)現(xiàn)杏仁體-前額葉復(fù)合體在負(fù)性情緒的調(diào)節(jié)過程中起重要作用，且可能是負(fù)性情緒調(diào)節(jié)中產(chǎn)生個(gè)體差異的基礎(chǔ)。本研究結(jié)果顯示負(fù)性情緒刺激下，男性、女性均有前額葉的激活，進(jìn)一步證實(shí)前額葉參與負(fù)性情緒過程。同時(shí)在負(fù)性情緒下，女性激活雙側(cè)前額葉及雙側(cè)杏仁體，男性激活右側(cè)前額葉及右側(cè)杏仁體，這種前額葉、杏仁體激活大腦半球的一致性進(jìn)一步提示前額葉與杏仁體之間存在緊密的功能聯(lián)系。而在不同性別中，前額葉與杏仁體之間功能連接的差異性需要進(jìn)一步研究證實(shí)。除杏仁體及前額葉，女性右側(cè)島葉及雙側(cè)楔前葉較男性激活增強(qiáng)。島葉與情緒感知有關(guān)[15]；楔前葉與情景記憶、視覺空間加工等多個(gè)認(rèn)知過程相關(guān)[16]。

圖1 負(fù)性情緒圖片刺激下男性組激活腦區(qū)。A.右側(cè)杏仁體；B.雙側(cè)顳葉；C.右側(cè)前額葉；紅線十字交叉區(qū)域?yàn)樗灸X區(qū)

圖2 負(fù)性情緒圖片刺激下女性組激活腦區(qū)。A.雙側(cè)杏仁體（箭）；B.左側(cè)海馬旁回（紅色十字交叉區(qū)）；C.雙側(cè)顳葉（箭）；D.雙側(cè)前額葉（箭）、左側(cè)楔前葉（箭頭）

圖3 負(fù)性情緒圖片刺激下女性相對(duì)男性激活增強(qiáng)腦區(qū)。A.左側(cè)杏仁體；B.右側(cè)島葉；C.雙側(cè)楔前葉（箭）；D.右側(cè)前額葉；紅線十字交叉區(qū)域?yàn)樗灸X區(qū)

負(fù)性情緒刺激下男性相對(duì)于女性無激活增強(qiáng)的腦區(qū)，這與Koch等[17]利用嗅覺引導(dǎo)出負(fù)性情緒的相關(guān)研究結(jié)果一致；而女性相對(duì)于男性，杏仁體、額葉、島葉、楔前葉均激活增強(qiáng)，這些腦區(qū)與人的警覺性、情緒評(píng)估與調(diào)節(jié)以及情緒感知等有關(guān)，從而提示女性在面對(duì)外源性的負(fù)性情緒刺激時(shí)大腦的反應(yīng)更強(qiáng)烈，警覺性更高。這種顯著的性別差異可能與某些具有性別傾向性的情緒相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

在正性圖片刺激下，女性左側(cè)前額葉較男性激活增強(qiáng)，而男性左側(cè)顳葉較女性激活增強(qiáng)。Wrase等[18]研究顯示，正性情緒圖片刺激下男性雙側(cè)前額葉、雙側(cè)顳葉及左側(cè)杏仁體較女性激活增強(qiáng)，與本研究結(jié)果不完全相同。Lamm等[19]認(rèn)為中間眶額回與愉悅性情緒相關(guān)；Bensaf等[20]研究顯示在愉悅性刺激下，前扣帶回及中腦被蓋腹側(cè)有特異性激活。負(fù)性情緒中，恐懼、厭惡等使人保持警覺性、防衛(wèi)性，更接近人的本能反應(yīng)；而正性情緒的體驗(yàn)，如愉悅、高興等屬于相對(duì)更復(fù)雜、更高級(jí)的情緒認(rèn)知。因此，文化差異、個(gè)體差異均有可能造成腦功能結(jié)果的差異。

總之，情緒相關(guān)的腦區(qū)具有性別差異，尤其是負(fù)性情緒刺激下女性相對(duì)于男性激活腦區(qū)更多、激活程度更強(qiáng)，進(jìn)一步證實(shí)女性面對(duì)負(fù)性情緒刺激時(shí)反應(yīng)更強(qiáng)烈。同時(shí)提示進(jìn)行情緒相關(guān)研究時(shí)，性別應(yīng)作為一個(gè)考慮因素，以保證研究結(jié)果的科學(xué)性。但同時(shí)本研究樣本量較小，且研究對(duì)象較單一等，故需要擴(kuò)大樣本量和范圍進(jìn)一步研究證實(shí)。

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（本文編輯 聞 浩）

Gender Differences in Healthy Volunteers Stimulated by Emotional Pictures Through Functional MRI

GAO Li SHI Dapeng WANG Enfeng GUAN Min LI Zhonglin LI Yongli

Purpose The study aimed to explore gender differences of brain activation in healthy volunteers under the stimulation of emotional pictures.Materials and Methods The cerebral functional imaging data of twenty healthy volunteers at Henan Medical College from Nov.2014 to Dec.2014 were prospectively studied (12 males and 8 females).Emotional pictures (30 positive, 30 negative and 30 neutral pictures) from Chinese Affective Picture System (CAPS) were used randomly as visual stimuli for both males and females.Functional MRI was performed while each subject was stimulated by emotional pictures.The fMRI data were processed and the statistical analysis was performed to obtain the activated brain regions of males and females and to compare the gender differences.Results Under the stimuli of negative emotional pictures, bilateral temporal lobe, bilateral cuneus in men and bilateral cuneus in women were activated under the stimuli of positive emotional pictures (P＆lt;0.05).Compared with men, increased activation of left amygdala, bilateral prefrontal gyrus, bilateral precuneus and right insula were observed in women under the stimuli of negative pictures.The differences were statistically significant (P＆lt;0.05).Compared with women, no cerebral region was more activated in men under the stimuli of negative pictures.Under the stimuli of positive emotional pictures, the left prefrontal gyrus in women was more activated than that in men whilst the left temporal lobe in men was more activated than that in women.The differences were statistically signifcant (P＆lt;0.05).Conclusion Gender differences of activated cerebral regions under stimuli of emotional pictures do exist in healthy volunteers.In particular, more cerebral regions and increased activation were observed in women compare to men, which demonstrates that women response stronger to negative emotion.

Magnetic resonance imaging; Emotions; Sex factors; Brain functional imaging; Voluntary workers

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.12.003

1.鄭州大學(xué)人民醫(yī)院放射科 河南鄭州450003

2.解放軍信息工程大學(xué) 河南鄭州 450002

李永麗

Department of Radiology, People's Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450003, China

Address Correspondence to: LI Yongli

E-mail: shyliyongli@126.com

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81271534）；河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（132102310063）；河南省衛(wèi)生廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（201202023）。

R445.2；R741.04

2016-07-11

修回日期： 2016-08-22

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第12期：890-894

Chinese Journal of Medical Imaging

2016 Volume 24 (12): 890-894