基于ReHo方法的不同性別中國(guó)象棋大師靜息態(tài)腦功能磁共振成像研究

梁東梅　邱麗華　劉承宜　龔啟勇

摘 要：基于ReHo分析方法從rs-fMRI角度探討中國(guó)象棋高水平運(yùn)動(dòng)員的性別差異。收集第一屆全國(guó)智力運(yùn)動(dòng)會(huì)中國(guó)象棋項(xiàng)目大師級(jí)運(yùn)動(dòng)員和匹配的對(duì)照人群，采集每位被試者的rs-fMRI數(shù)據(jù)，應(yīng)用DPARSF軟件分析腦區(qū)局部一致性信息。結(jié)果發(fā)現(xiàn)女大師右側(cè)額上回（BA10）和右側(cè)額內(nèi)側(cè)回（BA25）的ReHo值高于男大師，對(duì)照組男女無(wú)全腦ReHo值差異。結(jié)果說(shuō)明男女中國(guó)象棋大師在右側(cè)額上回和額內(nèi)側(cè)回的ReHo值差異可能反映了不同性別中國(guó)象棋大師在性別刻板印象和認(rèn)知-情緒轉(zhuǎn)換腦區(qū)的自發(fā)活動(dòng)一致性差異。

關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)；中國(guó)象棋大師；腦功能成像；靜息態(tài)；性別差異；局部一致性分析方法；中國(guó)

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-7116（2016）04-0135-05

A study of resting state brain function magnetic resonance imaging of

Chinese chess masters of different genders based on ReHo method

LIANG Dong-mei1，2，QIU Li-hua3，4，LIU Cheng-yi1，GONG Qi-yong4

（1.School of Physical Education，South China Normal University，Guangzhou 510006，China；

2.School of Educational Science，Kashgaer University，Kashgaer 844000，China；3.CT/MRI Room，The Second Peoples Hospital of Yibin，Yibin 644000，China；4.Huaxi MR Research Centre （HMRRC），West China Hospital of Sichuan University，Chengdu 610041，China）

Abstract： Based on ReHo method， and from the perspective of rs-fMRI， the authors probed into the gender differences between high performance Chinese chess players. Method： select Chinese chess master players and matching control people， collect the rs-fMRI data of every testee， and apply DPARSF software to analyze brain regional homogeneity information. Results： the ReHo values of the right superior frontal gyrus （BA10） and right medial frontal gyrus （BA25） of the female masters were higher than those of the male masters， while the males and females in the control group had no brain ReHo differences. Conclusion： the ReHo value differences in the right superior frontal gyrus and right medial frontal gyrus between male and female Chinese chess masters may reflect different brain spontaneous activity in areas related to gender stereotypes and cognition-emotion transfer between Chinese chess masters of different genders.

Key words： sports medicine；Chinese chess master；brain functional imaging；resting-state；gender difference；regional homogeneity analysis method；China

在高水平棋手中有明顯的性別差異。據(jù)Howard[1]報(bào)道，由正式比賽產(chǎn)生的國(guó)際象棋世界冠軍中無(wú)女性，當(dāng)年全世界894名特級(jí)大師中，僅有9名女性，所占比例不到1%。最新數(shù)據(jù)顯示，至2013年上半年，全球女性國(guó)際象棋特級(jí)大師共21名，所占比例無(wú)明顯改變（2%）。近年來(lái)，女性中國(guó)象棋高水平選手所占比例提高，截至2015年下半年，共有14名女性中國(guó)象棋特級(jí)大師，占大陸地區(qū)中國(guó)象棋特級(jí)大師人數(shù)的31.1%（共45名中國(guó)象棋特級(jí)大師）。已有許多研究者關(guān)注高水平棋手的性別差異現(xiàn)象[1-3]。

腦功能成像（funcational Magnetic Resonance Imaging，fMRI）方法廣泛應(yīng)用于研究多種認(rèn)知過(guò)程中不同性別人群的腦功能差異，如記憶[4]、想象[5]和語(yǔ)言[6]。棋類(lèi)包含許多高級(jí)認(rèn)知過(guò)程。近年來(lái)，任務(wù)態(tài)fMRI方法被用于探索棋類(lèi)認(rèn)知過(guò)程的大腦機(jī)制[7-10]。任務(wù)態(tài)的fMRI方法相對(duì)復(fù)雜，不好控制，而靜息態(tài)fMRI方法（Resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）被試者不面對(duì)任務(wù)刺激，只需閉眼或睜眼看十字，觀測(cè)大腦在放松、安靜、盡量避免主動(dòng)思維活動(dòng)狀態(tài)下的功能活動(dòng)，目前已開(kāi)始用于研究棋手的腦功能特點(diǎn)[11]。基于rs-fMRI的局部一致性分析方法（Regional Homogeneity，ReHo）[12]探討局部腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)一致性的改變，已用于對(duì)正常人性別差異的研究[13]，但尚未應(yīng)用于對(duì)中國(guó)象棋大師性別差異的研究。

本研究基于高水平中國(guó)象棋選手的人口學(xué)和影像學(xué)資料，使用基于rs-fMRI的ReHo分析方法探討不同性別中國(guó)象棋大師腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)一致性的差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

中國(guó)象棋男大師9人（包括大師6人和特級(jí)大師3人），與男大師同時(shí)間同地點(diǎn)募集女大師6人（包括特級(jí)大師1人）；與大師同時(shí)期募集對(duì)照組男性16名、女性10名。研究對(duì)象一般情況見(jiàn)表1，其中，IQ值由瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測(cè)驗(yàn)（Ravens Standard Progressive Matrices，RSPM）獲得。RSPM是一種非文字的智力測(cè)驗(yàn)，由5個(gè)單元的漸進(jìn)矩陣構(gòu)圖組成。男女大師之間無(wú)年齡、教育程度、接觸象棋時(shí)間、專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練時(shí)間、每天訓(xùn)練時(shí)間、等級(jí)分和IQ的差異（P >0.05）；男女對(duì)照之間無(wú)年齡、教育程度和IQ的差異（P>0.05）。男大師組與男對(duì)照組無(wú)年齡（P=0.98）、教育程度（P=0.48）和IQ（P=0.12）的差異；女大師組與女對(duì)照組無(wú)年齡（P=0.09）、教育程度（P=0.4）和IQ（P=0.46）的差異。

所有棋手無(wú)任何神經(jīng)、精神?。ㄊ罚?，均為右利手，雙眼裸眼視力或者校正視力正常。本研究經(jīng)過(guò)四川大學(xué)華西醫(yī)院倫理委員會(huì)同意，所有被試者在磁共振檢查前均簽署被試者檢查單以排除可能影響腦功能的特殊身體狀況、疾病或者體內(nèi)含有金屬物品的情況；所有被試者均在磁共振檢查前被詳細(xì)告知實(shí)驗(yàn)原因、目的和方法，并簽署知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

Rs-fMRI采取睜眼模式，被試者在腦功能數(shù)據(jù)采集期間盡量保持頭部不動(dòng)、放松、心情平靜，通過(guò)安置于頭部線圈上的反光鏡定睛觀看屏幕上黑色底色正中的白色小十字。要求被試者在定睛看十字的過(guò)程中盡量不要走神、不要睡著。

1.3 數(shù)據(jù)采集

所有被試者在進(jìn)行影像學(xué)研究前被詳細(xì)告知將要在磁共振儀中完成的任務(wù)。所有的掃描均使用四川大學(xué)華西醫(yī)院磁共振研究中心德國(guó)西門(mén)子公司3.0T磁共振成像系統(tǒng)（Simens3.0 Tesla Trio Tim）完成，儀器在使用前進(jìn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的測(cè)試（如勻場(chǎng)）。裝備有EPI軟硬件設(shè)備，掃描時(shí)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頭線圈發(fā)射和接收核磁共振信號(hào)，在頭部線圈上安放一面反光鏡，被試者通過(guò)鏡面看到投影儀屏幕，該投影儀與磁共振掃描和控制室計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)根據(jù)掃描時(shí)間播放畫(huà)面。

被試者進(jìn)入磁共振室后，首先了解和熟悉磁共振室的環(huán)境，平躺仰臥在磁共振檢查床上，戴耳塞以減少噪音對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，并用配套的海綿墊固定頭部以減少頭部活動(dòng)。

掃描前先完成常規(guī)全腦MRI掃描，由有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師排除腦內(nèi)病變，然后以前后聯(lián)合連線作為基線掃描全腦靜息態(tài)功能像，參數(shù)如下：采用梯度回波-回波平面成像序列（gradient-recalled echo-Planar imaging，GRE-EPI），30層，層厚5 mm，無(wú)層間距（no slice gap），回波時(shí)間（Echo Time，TE）30 ms，重復(fù)時(shí)間（Repetition Time，TR）2 000 ms，矩陣（matrix）64×64，視野（FOV）240 mm×240 mm，翻轉(zhuǎn)角（flip angle）90°，體素（voxel size）3.8 mm×3.8 mm×5.0 mm，連續(xù)采集 205個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

采用北京師范大學(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)室開(kāi)發(fā)的REST_V1.5_101101（http：//restfmri.net/forum/）軟件的靜息態(tài)數(shù)據(jù)處理輔助工具DPARSF_V2.0_101025（http：//restfmri.net/forum/）在MatLab7.6及SPM8平臺(tái)上運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，剔除前5個(gè)時(shí)點(diǎn)的圖像。與fMRI數(shù)據(jù)處理相同的步驟包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化，均在DPARSF中進(jìn)行。除此之外，在DPARSF中繼續(xù)對(duì)每位被試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行去線性漂移和濾波兩步處理。去線性漂移為去除接收線圈前置放大器引起的熱噪聲所帶來(lái)的基線漂移。濾波步驟以減少低頻線性漂移和高頻生理性噪音，對(duì)每個(gè)體素的時(shí)間序列進(jìn)行帶通濾波，帶限范圍為0.01Hz

ReHo假設(shè)某特定體素與相鄰體素（7個(gè)、19個(gè)或27個(gè)）的血氧水平依賴(lài)（Blood Oxygen Level Dependent，BOLD）信號(hào)隨時(shí)間變化具有相似性，可以用肯德?tīng)柡椭C系數(shù)（Kendalls coefficient of concordance，KCC）作為指標(biāo)來(lái)衡量一簇區(qū)域各體素之間時(shí)間序列變化的一致性，所得KCC值為該簇區(qū)域中心體素的ReHo值，其值介于0和1之間，計(jì)算公式如下：

其中，W是給定點(diǎn)的肯德?tīng)柡椭C系數(shù)；n是時(shí)間點(diǎn)數(shù)（本研究中n=200）；K是給定體素點(diǎn)與其毗鄰體素點(diǎn)的總數(shù)（本研究中K=27，即27個(gè)體素構(gòu)成的正方體中，處于核心的單個(gè)體素與其周?chē)?6個(gè)體素?cái)?shù)目之和，這27個(gè)體素點(diǎn)又稱(chēng)為一簇）；Ri是第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)27個(gè)體素的體素值的等級(jí)總數(shù)； =（n+1）K/2）是所有Ri的均值。

腦內(nèi)每個(gè)體素的ReHo值構(gòu)成受試者的ReHo腦（ReHoMap），每個(gè)受試者均得到一個(gè)ReHoMap。將全腦每個(gè)體素的ReHo值除以全腦所有體素ReHo值的均值可得到標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo腦（mReHoMap）。最后，使用高斯函數(shù)對(duì)mReHoMap進(jìn)行平滑，半高寬（full width at half maximum，F(xiàn)WHM）取4 mm，獲得的ReHo圖為smReHoMap。

采用SPM8軟件分別對(duì)男大師與女大師、男性與女性對(duì)照的smReHoMap逐一體素的ReHo值進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，得到有非常顯著差異的團(tuán)簇（P< 0.001，未校正，體素≥10）。

2 結(jié)果與討論

女大師全腦ReHo值在右側(cè)額上回和右側(cè)額內(nèi)側(cè)回比男大師更高，詳見(jiàn)表2、圖1。對(duì)照組男性與女性全腦ReHo值無(wú)顯著性差異。

1）圖中數(shù)字代表BA位置，BA為Brodman大腦皮層分區(qū)系統(tǒng)縮寫(xiě)；左邊為額上回；右邊為額內(nèi)側(cè)回；分別從矢狀面、冠狀面和橫切面顯示兩個(gè)腦區(qū)所在位置；每個(gè)腦區(qū)右下角色帶及數(shù)字顯示腦區(qū)明暗度與t值的對(duì)應(yīng)關(guān)系；10和25分別代表該腦區(qū)在Brodman大腦分區(qū)系統(tǒng)中的數(shù)值

本研究首次使用ReHo方法分析中國(guó)不同性別象棋大師的rs-fMRI數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，女大師右側(cè)額上回（BA10）和右側(cè)額內(nèi)側(cè)回（BA25）ReHo值高于男大師，對(duì)照組男性與女性則無(wú)全腦ReHo值差異，此結(jié)果從rs-fMRI角度反映了中國(guó)象棋大師的性別差異。

前人研究報(bào)道，正常人靜息態(tài)時(shí)全腦ReHo存在性別差異，分布于左右半球額葉、顳葉、頂葉等區(qū)域[13]。本研究納入測(cè)試的對(duì)照組男女無(wú)全腦ReHo值差異可能與成像結(jié)果呈現(xiàn)時(shí)設(shè)定的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)閾值有關(guān)，當(dāng)采用前人研究所采用的閾值呈現(xiàn)本研究結(jié)果時(shí)，也可發(fā)現(xiàn)額葉和顳葉等區(qū)域存在性別差異。其次，研究對(duì)象平均年齡的不同也可能帶來(lái)此差異，本研究對(duì)照組被試者較前人研究的被試者平均年齡更小，相差超過(guò)10歲，有研究報(bào)道，ReHo值受老化的影響[14]。

我們推測(cè)，造成本研究高水平棋手腦功能成像結(jié)果出現(xiàn)性別差異的原因可能與視覺(jué)空間能力和性別刻板印象方面的差異有關(guān)。Maass等[3]認(rèn)為，棋類(lèi)項(xiàng)目中的性別刻板印象體現(xiàn)為女性棋手面對(duì)的困難主要存在于她們的觀念里。女棋手總認(rèn)為其他人都希望她們?cè)谝粋€(gè)男性主導(dǎo)的領(lǐng)域中表現(xiàn)不好。因此，不僅女棋手經(jīng)常暗示自己表現(xiàn)很差，而且當(dāng)她們的確表現(xiàn)優(yōu)異時(shí)，她們的女性氣質(zhì)又常受到質(zhì)疑。

本研究發(fā)現(xiàn)，女大師右側(cè)額上回（BA10）和右側(cè)額內(nèi)側(cè)回（BA25）ReHo值高于男大師。研究認(rèn)為，不同性別腦區(qū)ReHo值的差異一方面可能與腦結(jié)構(gòu)的性別差異有關(guān)，比如，額上回ReHo值的性別差異可能與該區(qū)域皮層厚度的性別差異有關(guān)[15]，另一方面還可能與該腦區(qū)功能的性別差異有關(guān)，如有研究發(fā)現(xiàn)前額葉ReHo值的性別差異可能與該區(qū)域參與物體識(shí)別的詞匯提取過(guò)程的性別差異有關(guān)[13]。

BA10區(qū)包括前額葉腹內(nèi)側(cè)皮質(zhì)（ventromedial Prefrontal Cortex，vmPFC）和額葉最前端的額極（Frontopolar Cortex，F(xiàn)PC）[16]。vmPFC參與處理風(fēng)險(xiǎn)、恐懼和決策的過(guò)程。vmPFC損傷導(dǎo)致性別刻板印象（gender stereotypes），隨著該區(qū)域損傷程度的增加，性別刻板印象增強(qiáng)[17]。對(duì)棋手的研究發(fā)現(xiàn)，在真實(shí)或意識(shí)中面對(duì)男棋手下棋的過(guò)程中，女棋手易受性別刻板印象影響，導(dǎo)致其對(duì)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面期望，且在下棋過(guò)程中持保守態(tài)度[18]。vmPFC區(qū)域ReHo值的差異反映了男女中國(guó)象棋大師在與性別刻板印象功能相關(guān)的腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)一致性的差異。研究者認(rèn)為，F(xiàn)PC參與對(duì)已完成反應(yīng)的不確定性的元認(rèn)知監(jiān)控過(guò)程。據(jù)此推測(cè)，F(xiàn)PC參與對(duì)剛完成行為的績(jī)效的元認(rèn)知監(jiān)控，以調(diào)節(jié)策略提高下一次的質(zhì)量。因此，根據(jù)BA10區(qū)大腦結(jié)構(gòu)和功能研究結(jié)果推測(cè)，女大師BA10區(qū)ReHo值高于男大師，可能是由于女棋手易受vmPFC參與的性別刻板印象影響，對(duì)已完成的反應(yīng)不確定，從而動(dòng)用FPC進(jìn)行元認(rèn)知監(jiān)控和下一步策略調(diào)節(jié)。

BA25區(qū)位于前扣帶回腹側(cè)（Ventral Anterior Cingulate Cortex，vACC），是vmPFC的一部分，參與對(duì)與動(dòng)機(jī)相關(guān)的內(nèi)在和外在信息進(jìn)行整合并做出反應(yīng)[19-20]。vACC區(qū)域結(jié)構(gòu)和功能異常與情感障礙（如重癥抑郁）密切相關(guān)[21]。vACC區(qū)域活動(dòng)增強(qiáng)與負(fù)面情緒相關(guān)[19，22]。在負(fù)面情緒狀態(tài)下，女性vACC區(qū)域活動(dòng)強(qiáng)度高于男性[23-24]，如當(dāng)面對(duì)恐懼或者不適的皮膚電刺激時(shí)，女性vACC區(qū)域活動(dòng)強(qiáng)度明顯高于男性[25]。根據(jù)vACC區(qū)大腦功能性別差異的研究結(jié)果推測(cè)，女大師BA25區(qū)ReHo值高于男大師，可能是由于女棋手易受因性別刻板印象帶來(lái)的負(fù)面情緒影響。在對(duì)高水平棋手性別差異現(xiàn)象的研究中，有報(bào)道將其聯(lián)系于兩性在心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)中體現(xiàn)的差異。心理旋轉(zhuǎn)是常用于研究性別差異的視覺(jué)空間任務(wù)，如想象三維物體的旋轉(zhuǎn)，主要涉及視覺(jué)工作記憶過(guò)程，存在于下棋的復(fù)雜認(rèn)知過(guò)程中。男性完成心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)比女性更有優(yōu)勢(shì)。在以心理旋轉(zhuǎn)為實(shí)驗(yàn)任務(wù)的fMRI研究中，發(fā)現(xiàn)女性vACC區(qū)域抑制程度高于男性，其認(rèn)為在完成心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，女性付諸更多的認(rèn)知參與，導(dǎo)致vACC區(qū)域活動(dòng)在完成任務(wù)時(shí)更多的被抑制[26]。研究者推測(cè)，vACC區(qū)域活動(dòng)抑制與認(rèn)知參與相關(guān)[19，27]。而在靜息態(tài)時(shí)，女性由于沒(méi)有認(rèn)知參與任務(wù)，可能會(huì)出現(xiàn)vACC區(qū)域活動(dòng)較男性增強(qiáng)。綜上推測(cè)，BA25區(qū)在高水平中國(guó)象棋選手中的性別差異可能與完成視覺(jué)空間任務(wù)中的情緒變化和認(rèn)知參與有關(guān)。

本研究采用基于rs-fMRI的ReHo分析方法比較了男女中國(guó)象棋大師的差異，女性中國(guó)象棋大師右側(cè)額上回（BA10）和右側(cè)額內(nèi)側(cè)回（BA25）ReHo值高于男性中國(guó)象棋大師，可能反映了男女中國(guó)象棋大師在性別刻板印象和認(rèn)知-情緒轉(zhuǎn)換腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)一致性的差異。

前人研究證明高水平棋手的性別差異主要體現(xiàn)在行為表現(xiàn)的差異，如刻板印象等。本研究在中國(guó)象棋選手中發(fā)現(xiàn)高水平棋手的性別差異還體現(xiàn)在大腦功能的差異，且呈現(xiàn)腦功能差異的腦區(qū)與負(fù)責(zé)有性別差異表現(xiàn)的行為的腦區(qū)相對(duì)應(yīng)，但本研究缺乏性別刻板印象的行為學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)腦功能和行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析將有助于進(jìn)一步了解功能腦區(qū)活動(dòng)與行為表現(xiàn)的相關(guān)性。

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