注意網(wǎng)絡(luò)功能與左側(cè)額頂環(huán)路的經(jīng)顱磁刺激研究①

徐光青，蘭月，趙江莉，陳正宏，何小飛，黃東鋒

注意網(wǎng)絡(luò)功能與左側(cè)額頂環(huán)路的經(jīng)顱磁刺激研究①

徐光青1，蘭月2，趙江莉1，陳正宏1，何小飛1，黃東鋒1

目的 探討注意網(wǎng)絡(luò)功能與左側(cè)額頂環(huán)路的關(guān)聯(lián)性。方法健康受試者60人按照性別匹配原則分為頂葉組和額葉組。對左側(cè)背外側(cè)前額葉和后頂葉區(qū)進(jìn)行持續(xù)短陣快速脈沖經(jīng)顱磁刺激后，進(jìn)行注意網(wǎng)絡(luò)測試和網(wǎng)絡(luò)效率評價(jià)。結(jié)果兩組不同提示狀態(tài)和靶刺激類型的平均反應(yīng)時(shí)均無顯著性差異。頂葉組警覺網(wǎng)絡(luò)效率增強(qiáng)(P＜0.05)，額葉組警覺網(wǎng)絡(luò)效率增強(qiáng)(P＜0.05)，定向網(wǎng)絡(luò)效率受損(P＜0.05)。結(jié)論左側(cè)額頂環(huán)路神經(jīng)活動抑制可以提高視空間注意警覺網(wǎng)絡(luò)效率。

空間注意網(wǎng)絡(luò)；額頂環(huán)路；持續(xù)短陣快速脈沖經(jīng)顱磁刺激；神經(jīng)抑制

[本文著錄格式]徐光青，蘭月，趙江莉，等.注意網(wǎng)絡(luò)功能與左側(cè)額頂環(huán)路的經(jīng)顱磁刺激研究[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐, 2013,19(11):1020-1023.

視空間注意是一項(xiàng)基本神經(jīng)功能，基于廣泛范圍的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括皮層和皮層下各段。Posner等提出，視空間注意網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)特別的系統(tǒng)，在腦內(nèi)有其特定的神經(jīng)解剖和功能區(qū)域，包括3個(gè)功能相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)成分：警覺(alerting)、定向(orienting)和執(zhí)行控制(executive control)網(wǎng)絡(luò)[1-2]。基于此理論，F(xiàn)an等設(shè)計(jì)了注意網(wǎng)絡(luò)測試(Attention Network Test,ANT)任務(wù)[3]，可以有效地測驗(yàn)注意的警覺、定向和執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)功能。識別物體的空間位置關(guān)系及其空間運(yùn)動的神經(jīng)基礎(chǔ)與額頂環(huán)路有關(guān)[4-6]，被稱為Where通道。大量研究認(rèn)為，右側(cè)額頂環(huán)路可能是空間注意功能的關(guān)鍵腦區(qū)，而對左側(cè)額頂環(huán)路關(guān)注較少。有研究顯示，左側(cè)背外側(cè)前額葉(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)對視空間注意過程的調(diào)控是維持其正常認(rèn)知過程的關(guān)鍵[7]。我們使用一種新型的抑制性重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技術(shù)，持續(xù)短陣快速脈沖經(jīng)顱磁刺激(continuous theta burst stimulation,cTBS)，誘導(dǎo)可逆的左側(cè)額頂環(huán)路局灶性腦損害模型[8-9]，采用ANT任務(wù)進(jìn)行評價(jià)，以了解左側(cè)額頂環(huán)路在視空間注意過程中的角色和關(guān)聯(lián)機(jī)制。

1 對象與方法

1.1 研究對象

在中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院2～4年級本科生中招募志愿者60人，男女各半。按照性別均衡原則分為：①頂葉組30人，年齡19～22歲，受教育時(shí)間14～16年；②額葉組30人，年齡18～22歲，受教育時(shí)間14～16年。受試者所修專業(yè)均非心理學(xué)，均為右利手，裸眼視力或矯正正常，無色盲，無器質(zhì)性或功能性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，沒有服用抗精神藥物及濫用藥物史，沒有精神性疾病家族史，并嚴(yán)格排除癲癇發(fā)作史和家族史，參加本試驗(yàn)前均未接觸過類似實(shí)驗(yàn)。

研究通過了中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院臨床研究倫理委員會的批準(zhǔn)，所有受試者在研究前均簽署知情同意書。

兩組受試者在年齡、性別、受教育時(shí)間以及利手等方面均無顯著性差異(P＞0.05)。

1.2 rTMS干預(yù)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器 采用Yiruide CCY-Ⅰ型經(jīng)顱磁刺激器(中國武漢依瑞德醫(yī)療設(shè)備技術(shù)有限公司)，最大輸出刺激強(qiáng)度3 T。使用大“8”字形線圈，單線圈直徑7 cm。

1.2.2 運(yùn)動閾值測定 受試者舒適地坐在靠背椅上，自然放松。在肌肉靜息狀態(tài)下，肌電記錄電極放置在右側(cè)拇短展肌肌腹處，記錄運(yùn)動誘發(fā)電位。“8”字形線圈放在頭頂左側(cè)方4 cm處，由較小刺激強(qiáng)度開始，逐漸增加刺激強(qiáng)度，直至誘導(dǎo)出明顯的拇指外展活動。然后每次移動線圈0.5～1 cm，直到找出能夠誘發(fā)最大波幅和最短潛伏期的適宜刺激部位(即M1區(qū)，連續(xù)5次刺激)；逐漸減小刺激強(qiáng)度，連續(xù)10次刺激中有至少5次能引發(fā)右側(cè)拇短展肌運(yùn)動誘發(fā)電位至少50 μV的最小刺激強(qiáng)度即為運(yùn)動閾值(motor threshold,MT)。

1.2.3 刺激方案 采用cTBS刺激方案[8]，200 ms重復(fù)1次，每次連續(xù)刺激3個(gè)脈沖，刺激頻率50 Hz，每秒15個(gè)脈沖，共600個(gè)脈沖，約40 s完成刺激。刺激強(qiáng)度80%MT。

額葉組選擇左側(cè)DLPFC為刺激位點(diǎn)(采用國際EEG 10/20標(biāo)準(zhǔn)的F3點(diǎn))，頂葉組選擇左側(cè)后頂葉(posterior parietal cortex,PPC)為刺激位點(diǎn)(采用國際EEG 10/20標(biāo)準(zhǔn)的P3點(diǎn))。線圈采取無框支架固定。額葉刺激時(shí)，受試者取仰臥位，線圈手柄朝向后；頂葉刺激時(shí)，受試者取右側(cè)臥位，線圈手柄朝向前。真刺激時(shí)，刺激線圈與頭皮平行(相切)；假刺激時(shí)，刺激線圈與頭皮垂直。

1.3 注意網(wǎng)絡(luò)測試

采用ANT范式[3]。注視點(diǎn)為屏幕中心處“＋”，提示信號為“*”，靶刺激為中間位置的箭頭。提示信號包括4種條件：無提示狀態(tài)，中心提示狀態(tài)，雙重提示狀態(tài)和空間提示狀態(tài)。雙重或空間提示時(shí)，提示信號出現(xiàn)的垂直視角為5°。靶刺激包括3種條件：單個(gè)靶，方向一致靶和方向不一致靶。靶刺激出現(xiàn)位置的垂直視角為1.06°，靶刺激箭頭水平長度視角為0.58°，箭頭間距視角為0.06°，靶刺激與周圍箭頭總的水平長度視角為3.27°。

試驗(yàn)程序包括5個(gè)事件：①屏幕中心呈現(xiàn)注視點(diǎn)“+”400～1600 ms；②呈現(xiàn)暗示100 ms；③呈現(xiàn)中心的注視點(diǎn)400 ms；④靶刺激呈現(xiàn)，當(dāng)被試者按鍵反應(yīng)后靶刺激立即消失，但不超過2700 ms；⑤屏幕中心呈現(xiàn)注視點(diǎn)。每個(gè)試驗(yàn)程序總時(shí)間約4000 ms。

實(shí)驗(yàn)在安靜、暗光的房間內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)用E-prime實(shí)驗(yàn)軟件編程，采用聯(lián)想電腦、17英寸屏幕呈現(xiàn)刺激。受試者舒適地坐在刺激屏幕前約65 cm。整個(gè)實(shí)驗(yàn)總計(jì)312輪試驗(yàn)，共約30 min。其中練習(xí)24次，每次對刺激反應(yīng)后均有是否正確的反饋；正式實(shí)驗(yàn)288次，分為3個(gè)階段進(jìn)行，中間休息5 min，對刺激反應(yīng)后沒有反饋。每個(gè)模塊的刺激為96次(4暗示類型×2靶刺激位置×2靶刺激方向×3箭頭類型×2次重復(fù))。

各組受試者隨機(jī)接受cTBS真假刺激，并間隔3 d。每次進(jìn)行cTBS干預(yù)后即刻進(jìn)行ANT任務(wù)測試。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對靶刺激的反應(yīng)總錯(cuò)誤率(包括判斷錯(cuò)誤、漏判斷以及反應(yīng)時(shí)過長和過短)超過20%的實(shí)驗(yàn)?zāi)K不計(jì)入分析，每次錯(cuò)誤反應(yīng)和反應(yīng)時(shí)超過1500 ms或少于200 ms的數(shù)據(jù)刪除[3]。

注意網(wǎng)絡(luò)效率計(jì)算：

警覺網(wǎng)絡(luò)效率=無提示條件反應(yīng)時(shí)－雙重提示條件反應(yīng)時(shí)

定向網(wǎng)絡(luò)效率=中心提示條件反應(yīng)時(shí)－空間提示條件反應(yīng)時(shí)

執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)效率=方向不一致的靶刺激條件反應(yīng)時(shí)－方向一致的靶刺激條件反應(yīng)時(shí)

網(wǎng)絡(luò)效率比率=網(wǎng)絡(luò)效率/個(gè)體總平均反應(yīng)時(shí)

通過個(gè)體總平均反應(yīng)時(shí)的加權(quán)處理，網(wǎng)絡(luò)效率比率更加穩(wěn)定，能夠更好反映受試者的功能狀態(tài)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用2(DLPFC和PPC)×2(真刺激和假刺激)兩因素混合設(shè)計(jì)方差分析(Two-way mixed-model ANOVA)和簡單效應(yīng)分析檢驗(yàn)。雙側(cè)檢驗(yàn)，顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 平均反應(yīng)時(shí)

對于不同提示狀態(tài)和靶刺激類型下，平均反應(yīng)時(shí)因素間的交互作用均不顯著(P＞0.05)；刺激位置(P＞0.05)和刺激類型(P＞0.05)主效應(yīng)不顯著。見表1。

2.2 注意網(wǎng)絡(luò)效率及其比率

定向效率及其比率在刺激位置和刺激類型之間交互效應(yīng)顯著(P＜0.05)，刺激類型(P＞0.05)和刺激部位(P＞0.05)主效應(yīng)均不顯著。簡單效應(yīng)分析顯示，額葉真刺激后，定向網(wǎng)絡(luò)效率(t=2.184,P＜0.05)及其比率(t=2.36,P＜0.05)降低；頂葉與額葉真刺激后，定向網(wǎng)絡(luò)效率(t=2.106,P＜0.05)及其比率(t=2.014,P＜0.05)有顯著性差異。

警覺效率及其比率交互效應(yīng)不顯著(P＞0.05)，刺激部位主效應(yīng)(P＞0.05)不顯著，而刺激類型主效應(yīng)顯著(P＜0.05)。簡單效應(yīng)分析顯示，頂葉真刺激后，警覺網(wǎng)絡(luò)效率(t=2.029,P＜0.05)及其比率(t=2.066,P＜0.05)增大；額葉真刺激后，警覺網(wǎng)絡(luò)效率(t=2.081,P＜0.05)及其比率(t=2.000,P＜0.05)增大。

執(zhí)行控制效率及其比率在刺激位置和刺激類型之間的交互作用不顯著(P＞0.05)，刺激類型主效應(yīng)(P＞0.05)和刺激部位主效應(yīng)(P＞0.05)也均不顯著。詳見表2。

表1 不同提示狀態(tài)和靶刺激類型平均反應(yīng)時(shí)比較(ms)

表2 注意網(wǎng)絡(luò)效率及其比率比較

3 討論

TMS是一種無痛無創(chuàng)的磁刺激技術(shù)，普遍為受試者所接受。大量臨床實(shí)驗(yàn)顯示，正常個(gè)體對TMS具有良好的耐受性，不會引起神經(jīng)、心血管、內(nèi)分泌和運(yùn)動、感覺、認(rèn)知功能等方面的不良后果，刺激前后也沒有情緒和神經(jīng)生理學(xué)功能的改變[10-11]。本研究中，所有受試者均順利完成所有的cTBS刺激干預(yù)；有4名受試者出現(xiàn)輕微的頭痛、頭昏等不適，但沒有影響ANT任務(wù)的檢測；在ANT測試結(jié)束后再次詢問，頭痛、頭昏等癥狀均完全消失。cTBS對左側(cè)額頂環(huán)路的腦功能皮層區(qū)造成“虛擬損害”后，ANT任務(wù)不同提示狀態(tài)和刺激類型的反應(yīng)時(shí)沒有明顯變化，提示這種實(shí)驗(yàn)性的虛擬損害并不會廣泛地干擾大腦皮層的正常活動，可以為視空間注意功能網(wǎng)絡(luò)的連通性研究提供有價(jià)值的工具和方法。

本研究顯示，cTBS所誘導(dǎo)左側(cè)DLPFC虛擬損害后，出現(xiàn)警覺功能增強(qiáng)，而定向功能受損；左側(cè)PPC接受刺激后也出現(xiàn)警覺效率增強(qiáng)。

視空間注意認(rèn)知活動的神經(jīng)物質(zhì)基礎(chǔ)與額頂環(huán)路有關(guān)。大家普遍認(rèn)為，右側(cè)額頂環(huán)路可能是空間注意功能的關(guān)鍵腦區(qū)，而對左側(cè)額頂環(huán)路關(guān)注較少。然而，Thut等采用低頻rTMS方案與cue-target范式進(jìn)行研究，提示右側(cè)PPC在視空間注意定向任務(wù)中只是輔助角色，而不是關(guān)鍵腦區(qū)[12]。也有人研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)DLPFC對視空間注意過程的調(diào)控是維持正常空間注意認(rèn)知過程的關(guān)鍵腦區(qū)[7]。Posner等認(rèn)為，視空間注意網(wǎng)絡(luò)是由解剖和功能相對獨(dú)立的3個(gè)網(wǎng)絡(luò)成分組成[1]。ANT可以有效地測驗(yàn)這3個(gè)注意網(wǎng)絡(luò)功能效率，并且這些網(wǎng)絡(luò)之間的行為功能相對獨(dú)立，而且有對應(yīng)的腦功能區(qū)[13]。

我們在受試者的左側(cè)DLPFC和PPC區(qū)分別施加cTBS刺激后，ANT范式測試顯示警覺網(wǎng)絡(luò)效率增強(qiáng)。這與Cho等的研究結(jié)果一致[14]。他們對健康受試者左側(cè)DLPFC區(qū)進(jìn)行磁刺激后，發(fā)現(xiàn)同側(cè)前扣帶回、內(nèi)側(cè)眶額皮層多巴胺增加，并且與注意功能改變相關(guān)。最有意義的解釋可能是雙側(cè)大腦半球同源腦區(qū)間的競爭性抑制和視空間注意具有右側(cè)半球優(yōu)勢的理論：在正常情況下，兩側(cè)大腦半球?qū)?yīng)的皮層功能區(qū)處于相互制約的平衡狀態(tài)，左側(cè)額頂環(huán)路的虛擬損害會導(dǎo)致右側(cè)同源腦皮層活動脫抑制，進(jìn)而出現(xiàn)警覺功能增強(qiáng)。左側(cè)額葉虛擬損害后出現(xiàn)了定向功能受損，我們推測這可能是TMS經(jīng)胼胝體遠(yuǎn)隔效應(yīng)導(dǎo)致右側(cè)后頂葉的抑制。要很好地解釋這一現(xiàn)象，可能還需要進(jìn)一步臨床和功能成像研究。

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)cTBS誘發(fā)的左側(cè)額頂環(huán)路神經(jīng)活動抑制可以提高警覺功能效率。但左側(cè)DLPFC區(qū)抑制出現(xiàn)定向功能受損。提示用于治療時(shí)，cTBS刺激靶點(diǎn)選擇左側(cè)PPC區(qū)可能更安全。

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Involvement of Left Frontoparietal Pathway in Spatial Attentional Function:Study with Continuous Theta Burst Stimulation

XU Guang-qing,LAN Yue,ZHAO Jiang-li,et al.Department of Rehabilitation Medicine,the First Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510080,Guangdong,China

ObjectiveTo explore the role of left frontoparietal pathway in controlling spatial attentional function.Methods60 healthy, right-handed humans(30 males and 30 females)aged 18～22 years were recruited.They were divided into frontal group(n=30)and parietal group(n=30)in accordance with sex for either the left dorsolateral prefrontal cortex or the left posterior parietal cortex stimuli study,respectively.They were measured with the Attention Network Test following the continuous theta burst stimulation to the left frontoparietal pathway.ResultsDuring the Attention Network Test,the efficiencies of alerting network improved in participants after both the left dorsolateral prefrontal cortex and left posterior parietal cortex stimuli.However,the efficiency of orienting network was deficit after the left dorsolateral prefrontal cortex stimuli.ConclusionInhibition of the left frontoparietal pathway may improve the alerting function of spatial attention network.

spatial attention network;frontoparietal pathway;theta burst stimulation;neurol inhibition

R742

A

1006-9771(2013)11-1020-04

2013-01-10

2013-03-11)

1.國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.81071608;No.81372109)；2.中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(No.12ykpy38)。

1.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，廣東廣州市510080；2.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，廣東廣州市510630。作者簡介：徐光青(1970-)，男，漢族，山東濟(jì)寧市人，博士，副教授，主要研究方向：認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與腦可塑性。

10.3969/j.issn.1006-9771.2013.11.006