计算任务男女性别差异的fMRI研究

计算任务男女性别差异的fMRI研究

周静1，储成凤*，刘斌，杨明

东南大学附属中大医院放射科，江苏南京，210009

E-mail：yisha0614@

摘 要: 目的：用fMRI(functional magnetic resonance imaging)探讨男女不同性别在计算任务时脑活动的差异。材料和方法：对10例男性、8例女性年青受试者进行简单及复杂任务的功能MRI扫描，采用SPM2软件进行数据分析和脑功能区定位。结果： 计算任务中男女主要激活区域均为额前区、顶叶、枕叶及小脑，男性额前区及顶叶等计算功能区激活范围较女性广，其中以复杂计算为著。结论：相同的计算任务，男性激活的脑功能区范围多于女性。

关键词: 功能磁共振；计算；皮层；性别

中图分类号：R445.2 文献标识码：A

计算是人类最基本的思维活动之一，采用计算任务来研究脑部的活动机制已经成为国内外研究大脑活动的重要领域[ 1-7 ] 。计算任务时男女脑部的活动情况是否存在差异国内外尚未见报道。本实验通过对正常年青受试者的计算任务的功能MRI进行研究分析，探讨计算情况下的男女脑部活动的差异情况。

材料与方法

1、病例选择

受试者为医学院学生，共18例，均身体健康，无严重的神经系统疾病史和精神病药物服用史。双眼裸眼视力或矫正视力正常（近视者扫描时佩戴隐形眼镜）。所有受试者均为大专及以上学历，18例均为右利手。其中男10例，女8例，年龄18～24岁，平均21岁。

2、检查方法

采用Philips公司1.5T超导型Eclipse磁共振成像系统。头正交线圈。受试者实验时仰卧,头部加用软海绵固定于线圈内以减少头部运动。实验任务由E-prime编成文件,由磁共振机EPI序列脉冲控制计算机自动同步播放,与计算机连接的投影仪将任务内容投影到屏幕上。受试者通过安装在线圈上的反光镜可以观看屏幕上的内容。另外有一个按钮盒作为反馈系统与计算机相连,由E-prime软件激励受试者的反馈信息，来统计受试者的不同任务的计算正确率和反应时间。先使用

自旋回波(SE)脉冲序列获取20层横轴面T1W解剖图像,扫描参数为:TR500ms ,TE12.1ms , 翻转角(flip angle)900,层厚6mm ,无间隔,距阵192×256, 激励次数(NEX)2。然后采用BOLD技术, 应用单次激发回波平面成像梯度回波序列(gradient EPI)进行功能成像。EPI扫描参数为: TR3000ms ,TE40ms ,翻转角(flip angle)900,视野(FOV)24cm×24cm ,距阵64×64，层厚6mm ,无间距, 激励次数(NEX)1 ,简单、复杂计算间隔以静息期，简单、复杂计算激发和采集期次数各为40次，全期160次。同时对每个受试者作全脑容积扫描以获得全脑3D图像，容积扫描（RAPID PRE）参数为：TR11ms,TE3.98ms ,翻转角(flip angle)35°,视野(FOV)24cm×24cm ,距阵128×256，层数100，层厚1.5mm ,无间距, 激励次数(NEX)3。受试者在接受检查前均接受短暂培训,以期能全力配合。

3、任务设置：

本试验采用组块设计。任务组分为简单任务和复杂任务两个水平。简单任务为20以内不退位减法，复杂任务为二位数退位减法。减法公式呈现时间2500ms，中间间隔500ms，在这3s当中，要求被试者判断减法公式的结果是否正确，当计算任务的结果和给出的答案相符时，右手食指按1键；如不符，右手中指按2键。对照组采用无运算符号且与任务组等长字符的数字串，判断出现数字的奇偶，数字串呈现时间2500ms，中间间隔500ms，奇数右手食指按1键；偶数，右手中指按2键。任务组与对照组交替出现，共重复4次。简单任务与复杂任务的排列顺序由随机量表决定。共获取EPI图像3200幅。

4、统计学处理

首先按性别将志愿者分为男女两组，每组又包括简单计算及复杂计算两组任务。分别计算每个志愿者简单计算及复杂计算任务中的反应时间和正确率。采用SPSS10.0 for Windows 软件比较不同性别简单及复杂数学计算任务的反应时间及准确率有无统计学差异，检验水准α＝0.05。

采用SPM2软件系统对fMRI实验数据作统计分析。预处理包括运动校正、空间标准化和空间平滑处理。将运动校正中检测到头部三维平移超过5mm、三维旋转超过0.50的数据舍弃。统计阈值概率设定为P<0.01,激活范围阈值设定为20个象素,即连续激活象素数达到20以上的区域考虑为有意义激活区。

后处理方式采用两种：组分析及组间分析。组间分析: 对每个志愿者的实验数据进行分析,获得每组简单比控制与复杂比控制的平均脑激活图，叠加于Talairach 标准三维模板，记录各主要激活区的范围及强度。组分析:将两组的实验数据进行链接,一同进行统计分析,获得两组间简单比控制与复杂比控制计算的平均脑激活图,叠加于Talairach 标准三维模板脑,比较男女不同性别简单及复杂计算时激活脑区的差别。

结 果

18例受试者中，图像质量均较好，无头部三维平移超过0.5mm、三维旋转超过0.50的病例。每组受试者简单及复杂计算时的反应时间、正确率见表1,从表中可以看出男女两组复杂计算的反应时间具有明显的统计学差异，P=0.032＜0.05，男性组的反应时间比女性组长。

表1：两组志愿者简单及复杂计算任务的反应时间及正确率

简单计算 复杂计算

反应时间（s） 正确率（％） 反应时间（s）正确率（％）

男 1.64±0.21 95.33±3.66 2.09±1.07 84.13±10.15

女 1.45±0.24 97.40±1.59 1.67±4.38 83.73±13.40

P值 0.150 0.227 0.032 0.953

男女两组简单计算及复杂计算的平均激活图（图①－④）显示：简单计算中，男性主要激活脑区为双侧顶下小叶、左侧额前区。女性主要激活脑区为双侧额前区、右侧顶下小叶、右枕叶。复杂计算中，男性主要激活脑区为双侧额前区、双侧中央旁小叶、双侧顶上下小叶、双侧枕叶及小脑。女性主要激活脑区为双侧顶下小叶、双侧额前区、双侧枕叶及小脑。两组简单计算、复杂计算与控制组比较的脑功能区的激活范围及强度见表2。

表2：两组简单计算与复杂计算各脑区激活范围及激活强度比较

激活部位

简单计算（象素数）t 值 复杂计算（象素数）t 值

男性 女性 男性女性男性 女性 男性女性右侧额前区 3 25 3.08 4.36480 120 5.35 8.44 左侧额前区 28 13 4.83 4.92498 117 5.14 8.04 右侧顶上区 2 8 2.83 4.08125 7 5.54 3.65 左侧顶上区 1 3 2.79 3.49344 9 5.47 4.17 右侧顶下区 74 2 5.17 3.31289 59 5.28 5.54 左侧顶下区 66 2 4.28 3.27250 57 5.11 7.01 左侧枕叶 4 14 3.22 5.59500 1890 6.98 8.95 右侧枕叶 3 33 3.08 4.48848 3091 6.14 10.89

讨 论

一、本实验的任务设置

目前，BOLD实验的任务设置主要有两种：组块设计及随机事件设计。本实验采用组块设计，由其简单、后处理简便且效果较好，也是使用最广泛的一种。本实验控制组设置为观看屏幕上出现的等长数字串，笔者认为这种设置较以往静息状态观看“＋”相比更为合理。因为，以数字串作为控制组，能部分消除任务组在视觉空间上观察数字、比较判断所引起的