【摘要】 目的 探讨学习障碍儿童和正常儿童工作记忆过程中大脑激活模式以及激活强度的差异，为预防和治疗儿童学习障碍提供科学依据。方法 采用病例对照方法选取24名被试儿童（正常组∶病例组＝1∶1），应用组块设计和事件相关实验设计的实验范式进行工作记忆的功能性磁共振成像测试。结果 执行工作记忆任务时，2组儿童共同激活的脑部区域主要为两侧额叶及其靠近中央前回的区域，其次是顶叶和枕叶等皮质区域，且正常组在左侧额上回、右侧额中回2个区域的激活强度高于学习障碍组（P值均＜0.05），顶叶和枕叶差异无统计学意义。结论 学习障碍儿童前额叶皮质可能存在功能发育不全或缺陷。
【关键词】 学生障碍；记忆；磁共振成像；儿童
【中图分类号】 R 179 R 395.6 G 442 【文献标识码】 A 【文章编号】 1000-9817(2009)02-0124-03
功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）是20世纪90年代在磁共振（MRI）基础上发展起来的脑功能成像技术。fMRI结合了血氧水平依赖性原理和回波平面成像技术，能得出反映脑激活状态的功能图像。功能磁共振成像能够直观、形象地观测正常人完成认知任务过程中大脑活动情况，无损伤性，并且具有较高的时间和空间分辨率，从而成为研究大脑认识思维活动的强有力的工具。近年来这项技术被广泛地应用到认知神经科学研究领域,用来探讨人类认知过程与情绪活动的脑机制。研究者运用该技术,对感知觉、注意、记忆、语言以及情绪［1-3］等的脑功能进行研究,并在一定程度上揭示了认知与情绪过程的神经基础。
本研究拟通过应用fMRI技术对学习障碍儿童和正常儿童在记忆思维过程中脑部活动成像的比较，分析两者激活模式以及激活强度的差异，探索大脑思维记忆方式和信息处理途径，从而进一步探讨学习困难的病因，为预防和治疗儿童学习障碍提供科学依据。
1 对象与方法
1.1 对象 选择武汉市2所普通小学一～六年级学生共947名进行调查，剔除表格不完整（缺、漏项）者，共获有效样本886名，有效率为93.56%。筛查出学习障碍(LD)儿童90名，LD检出率为10.16%，其中男童60例，女童30例。 采用知情同意的方法，选择学习障碍儿童和正常儿童各12名分别作为试验组和对照组，年龄分别为(9.89±0.86)和(9.67±0.75)岁，差异无统计学意义(P＞0.05)。所有被试者均智力正常（IQ>85）、右利手、视觉正常、家族中没有癫痫和其他神经系统疾病。
1.2 方法
1.2.1 LD的确定 （1）CCMD-2-R中LD的诊断标准；（2）PRS (The Pupil Rating Scale Revised Screening for Learning Disability)量表评定为学习障碍；（3）主课（语文、数学）平均成绩在班级P10以下，独立完成作业困难；（4）IQ>70；（5）无视、听觉障碍，排除多动和器质性病变。
1.2.2 fMRI的测定
1.2.2.1 设备及参数 采用美国GE公司生产的Singa l.5T CV/i超导型机扫描。结构像采用T1加权像，采用自旋回波(Spin echo, SE)序列，功能磁共振数据采集采用回波平面成像(echo planar imaging, EPI)技术，三维全脑结构像采用3D SPGR扫描序列，数据处理采用统计参数图软件(SPM2, Statistical Parametric Mapping software, Wellcome Department of cognitive Neurology, London. UK)进行数据分析。首先对功能像进行头动矫正，然后进行空间标准化和空间平滑处理，再对三维全脑像进行标准化并与功能像匹配，并叠加于平均三维结构像上生成统计参数图(Statistical Parametric Mapping)。
为加强信号的对比，采用BLOD技术（血氧-脉搏触发方式），实验的扫描采用了EPI的T2加权摄影条件序列。视野FOV：240 mm×240 mm；分辨率：64×64像素；断层厚度（Slice Thickness）：5 mm；断层间隔（Slice Gap）：0 mm；脉冲重复间隔时间/回波时间（TR/TE）：3 000/400 ms；累计扫描时间：5.2 min；翻转角：90°。
1.2.2.2 实验方法 采用组块设计（blocked design）和事件相关实验设计（event-related design）的实验范式进行工作记忆的fMRI测试。实验分5个组块，每个组块包括10个10以内的随机数字，要求受试者进行连续累加计算。实验由安静状态开始，然后进行连续默算加法。全实验过程由“安静-刺激-安静-刺激-安静-刺激”的周期组成。刺激组块与基线组块交替出现，无提示语。基线组块播放位于画面中的“+ ”，持续停留20 s。刺激组块由连续播放的10个竖写一位数加法(黑白图) 组成,
每个组块均已给出得数。数字累加的作业内容及结果在一台计算机上按一定的时间呈现出来（组内间隔：3 s， 组间间隔：30 s），通过一个投影仪投影到一个屏幕上，被试者通过在眼睛前方的一面镜子反射观察，显示作业结果时被试儿童通过左右2个按钮选择相应的答案，其中左侧按钮表示该结果与其计算结果一致，右侧则不一致，被试者要对每个组块的得数做出正误判断。整个实验过程中没有视听觉任务提示及回答, 保证受试者完全集中于计算这一根本任务。全过程始终由MRI进行断层扫描，并通过标准化重建为大脑的全方位立体表观图。
本实验对24名被试儿童进行5组数字（每组10个）累加计算的同时，用功能磁共振成像进行多层回波平面（EPI）的T2加权摄影，其后通过图像解析和统计学处理，提取激活信号。
1.3 统计分析 将MRI输出的DICOM Ⅲ格式的图像转换为ANALYZE格式，以便使用SPM2软件来检验激活区域的差异是否有统计学意义。后期激活部位的筛选以及强度比较采用t检验。
2 结果
2.1 正常组儿童工作记忆时脑部激活情况 正常儿童主要的激活区位于两侧额叶上中回及其靠近中央前回的区域，
尤其是左侧额上回激活范围最大（249 voxels），其次为右侧额中回（127 voxels）；两侧顶叶后部小叶、角回及周围皮质激活反应呈阳性；另外，双侧枕叶、顶枕沟以及扣带回也有激活现象。见表1。
2.2 LD儿童工作记忆时脑部激活情况 LD儿童执行计算任务时，双侧额叶激活范围较大，左侧额上回部位激活较强（184 voxels），其次是额中回（132 voxels）及其周围皮质；右侧顶叶激活强度处于中等水平；左侧丘脑、楔回、右侧脑岛以及两侧枕叶也有散在的激活反应。见表2。
2.3 2组儿童相同脑部激活区域强度的异同 2组儿童在执行工作任务时，激活部位和程度不完全一致，2组儿童共同存在的激活区域是：左侧额上回、左侧枕外侧回、右侧枕回、右侧额中回、右侧顶叶。将正常组和LD组儿童各个激活区域的体素进行t检验，可知正常组在左侧额上回和右侧额中回区域激活体素高于对照组，且差异均有统计学意义（P值均＜0.05）；而双侧枕叶和右侧顶叶2组差异无统计学意义。
3 讨论
工作记忆是一种重要的认知功能，属于短时记忆的一种，是一种对信息进行暂时加工和储存能量有限的记忆系统，包括信息编码、保持和提取过程，进行复杂认知任务如语言理解、学习、推理、心算时，都需要在工作记忆系统中作临时的信息储存和操作［4-6］。利用 fMRI 对大脑执行任务时激活区域进行脑区定位，可以直观地研究被试儿童在工作记忆时大脑的激活变化。国外研究表明，学习障碍儿童存在不同程度的短时记忆缺陷［7-8］，尤其是与言语有关任务的记忆缺陷更明显。
研究结果表明，2组儿童激活的脑部区域主要有双侧额叶上、中回以及靠近中央前回的皮质，枕叶上回、外侧回以及顶叶后部小叶也有较强的激活，且优势半球强于对侧半球。而比较2组相同的激活区域发现，正常组左侧额上回和右侧额中回的激活强度高于LD组，国外关于ADHD研究有类似报道［9-11］，枕叶和顶叶后部小叶的差异无统计学意义。
额叶上、中回和顶叶后部小叶区域在进行计算思维时发挥主要作用［12-13］。顶叶后部小叶的激活与其计算过程中数字排列的先后顺序有关，而额叶上、中回的功能则与计算结果的保持有关［14-16］。研究证实，前额叶皮质在多种工作记忆的各个阶段都有较强的激活，提示前额叶皮质在空间工作记忆的操作中起到重要作用［17-19］。而D" Esposito 等［20］研究发现，工作记忆和非工作记忆时前额叶皮质都有激活,推断人前额叶皮质侧叶还支持除工作记忆之外的其他信息处理过程。如被试儿童对视觉刺激产生定向和注意性反应，该反应的异常所引起的认知障碍常提示前额叶的损伤。因此，前额叶区域激活强度低于正常组，可能提示学习障碍儿童在暂存记忆的编码、储存、提取、复述等过程中存在一些缺陷，也可能和注意缺陷和保持障碍有关。
枕叶和顶叶后部区域的激活2组差异无统计学意义，可能由于2组儿童在视觉信息和数字信息处理等功能无明显差别，也可能与被试儿童情绪紧张、头部乱动等原因造成偏差有关。此外，2组儿童在扣带回、丘脑、楔回、角回附近皮质以及脑岛等区域也分别有散在的激活点。这些区域可能参与大脑的认知、记忆、思维等活动，如扣带回前部在复杂认知和注意加工过程中发挥重要作用，在ADHD患者中该部位激活明显低于正常组［21-22］。
上述结果表明，LD儿童前额叶皮质可能存在功能发育不全或缺陷。本研究样本较小，其结果尚待进一步验证。
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(收稿日期：2008-09-03)