立體視覺相關大腦皮質區(qū)的功能磁共振研究.pdf

1、兩眼同時注視一個物體時，感知為單一物像的過程，稱為雙眼視覺，又稱雙眼單視。是大腦皮質的視覺中樞，把來自兩眼的有差異的視覺信號進行分析整理，綜合成為一個完整的、具有立體知覺印象的過程。 立體視覺是雙眼視覺的最高階段，其形成是涉及視皮質以外大腦高級整合區(qū)的一項復雜的認知過程，因此是視覺認知研究的重要內容。 目前在方法學上，視覺認知神經(jīng)科學包括兩大類互補的研究方法：一類是清醒動物認知生理心理學研究方法，另一類無創(chuàng)性腦功能(認知

2、)成像技術。前一類方法包括單細胞記錄、多細胞記錄、多維(陣列)電極記錄法和其他生理心理學方法(手術法、冷卻法、藥物法等)，通過觀察細胞所敏感的刺激類型，了解細胞柱的分布排列，以觀察對視覺信息的處理和加工過程；后一類方法中又分為腦代謝功能成像和生理功能成像兩種，功能磁共振(functional magnetic resonarice imaging，fMRI)即屬于腦代謝功能成像的一種，它可以為我們對認知過程的腦功能形成直觀的圖像，以提供

3、結構或區(qū)域性功能關系。 功能磁共振(fMRI)是以血氧水平相關(blood oxygenation level deperldent，BOLD)信號為核心檢測和定位神經(jīng)活動的一種具有高空間(毫米量級)分辨率及無創(chuàng)傷性的神經(jīng)影像醫(yī)學技術。在視覺研究中，功能磁共振技術檢測腦組織局部血氧濃度在不同視覺刺激下的變化(BOLD對比度)，根據(jù)血氧變化強度與神經(jīng)活動強度的相關特性，間接地探測大腦不同區(qū)域對視覺信息的處理和認知過程中的活動特點。

4、 近年采用BOLD-fMRI技術，研究人員逐步闡明了哺乳類動物，特別是人類視知覺形成相關大腦功能皮層的組成和定位，例如，人腦的視皮層V1、V2、V3、V4和MT/V5等各區(qū)的位置和功能。目前，根據(jù)多個以猴為主的動物實驗結果，隨著雙眼的視覺信息逐級向上級視皮質傳導，各級視皮質區(qū)對立體視覺信息表現(xiàn)出越來越強的處理能力。但是，立體視覺的最終中樞在哪個區(qū)域，尚存在很大爭議。 研究目的： 本課題采用BOLD-fMRI技術，

5、使用3.0T的功能磁共振儀觀察正常受試者在接受立體視覺刺激時所激活的大腦區(qū)域和強度，并研究水平視差大小與腦區(qū)激活程度是否相關，探索立體視覺的最終形成區(qū)域。 研究對象 健康大學生或研究生12例，男6例，女6例，年齡為21～26歲。均為右利手，除屈光不正外無其他眼疾史，無仝身疾病史或其他神經(jīng)系統(tǒng)疾患，無頭部外傷史。 研究方法： 一、眼科專科檢查內容及方法1．眼科檢查(1)裸眼遠近視力，(2)雙眼前后段檢查，(

6、3)散瞳驗光及次日復光； 2．雙眼視覺功能檢查：(1)眼位檢查：角膜映光法，交替遮蓋、遮蓋與去遮蓋法、Maddox桿加三棱鏡法；(2)眼球運動；(3)調節(jié)和集合功能：包括集合近點(NPC)，相對性集合和雙眼調節(jié)靈敏度； (4)Bagolini線狀鏡檢查法； (5)同視機檢查：包括同時知覺和融合功能，遠立體視覺定性檢查，AC/A比率測定； (6)近立體視銳度檢查； (7)主導眼檢查：四點試驗法。 3．色覺檢查：Panel

7、D-15。 二、入選標準 1．視力：雙眼裸眼或矯正視力1.0以上。 2．屈光狀態(tài)：屈光度+0.50D～-3.00D，散光度0D～-1.00D，且經(jīng)等效球鏡轉換后，屈光度+0.50D～-3.00D。 3．眼科檢查：未發(fā)現(xiàn)眼前段和眼底器質性病變。 4．雙眼視覺功能：(1)雙眼正位；(2)遮蓋與去遮蓋檢查無顯性斜視；Maddox桿加三棱鏡法遠距離檢查，1<'△>內隱斜~3<'△>外隱斜；近距離檢查，0<

8、'△>~6<'△>外隱斜；(3)眼球向九個方位運動均到位； (4)雙眼調節(jié)靈敏度≥6周期/分鐘； (5)NPC范圍：3~9cm；(6)近處正相對集合：模糊點15-17<'△>，破裂點19-21<'△>，恢復點8-11<'△>；近處負相對集合：模糊點12-13<'△>，破裂點20-21<'△>，恢復點11-13<'△>；(7)Bagolini線狀鏡檢查正常； (8)同視機檢查有同時視，自覺斜視角與他覺斜視角相差<5°；(9)水平融合范圍：

9、-6～+30°；(10)近立體視銳度≤60秒弧角； (11)AC/A比率值為4～7<'△>；(12)四點試驗可見2紅2藍； 5.Panel D-15色覺檢查正常。 被選者必須滿足以上各項指標方可入組接受本實驗。 三、fMRI實驗采用BOLD-fMRI技術及組塊(BLOCKS)設計模式，以SIEMENS 3.0T Trio磁共振成像系統(tǒng)掃描圖像獲取數(shù)據(jù)。視覺刺激采用E-Prime軟件設計，由深圳市美德醫(yī)療電子技術有限公司生

10、產(chǎn)的腦功能視覺刺激系統(tǒng)SA-8800執(zhí)行。受試者通過注視額前方固定的平面反光鏡觀察投影屏上的刺激圖像。刺激圖像成像距受試者雙眼約60cm。 刺激/控制任務1：全白色塊/全黑色塊；刺激/控制任務2：無水平視差隨機點圖/水平視差不同的隨機點圖；間隔：固定于刺激屏中央的白底黑色+字。 實驗中受試者完全矯正屈光不正，配戴與刺激所用隨機點圖配套的紅綠眼鏡(右眼為紅色)。實驗分4個大組，每個大組含有8個組塊，刺激/控制任務1和2交替

11、出現(xiàn)。每個組塊包括5次刺激狀態(tài)和5次控制狀態(tài)，均以刺激狀態(tài)開始，每個狀態(tài)之間用間隔圖像隔開。每個刺激狀態(tài)和控制狀態(tài)各呈現(xiàn)3.5秒，間隔圖像呈現(xiàn)0.5秒。刺激開始與MRl掃描同時激發(fā)，每2秒掃描一次。為避免過渡性磁飽和效應的影響，每一大組開始時，在任務狀態(tài)前用控制狀態(tài)預掃描8秒，并舍棄其數(shù)據(jù)，總有效掃描時間312秒，每一大組共取得156組數(shù)據(jù)。第l組作為訓練受試者，結果予以舍棄。第2、3、4組隨機點立體視圖的水平視差分別為500弧秒、10

12、00弧秒和1500弧秒，每一組塊內，配對的刺激狀態(tài)和控制狀態(tài)隨機出現(xiàn)。從第二大組實驗開始，要求受試者作出判斷，當刺激狀態(tài)下受試者感覺到有立體圖像或屏幕顯示白色色塊時，按按鍵盒的右鍵；如無立體圖像或屏幕顯示黑色色塊時，按左鍵。 實驗中按順序采集結構圖像、BOLD數(shù)據(jù)和三維全腦解剖圖像，采集結構圖像時排除明顯的腦部器質性病變。被試完成視覺任務及數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)結果處理如下： (1)以黑屏和白屏隨機出現(xiàn)的刺激任務為刺激/控制任

13、務1，有水平視差的隨機點立體視圖和無水平視差的隨機點圖隨機出現(xiàn)的刺激任務為刺激/控制任務2，用E-prime軟件計算受試者判斷的正確率，并用配對T檢驗對刺激/控制任務1和刺激/控制任務2響應時間的差異進行統(tǒng)計學處理；(2)以SPM2軟件進行BOLD數(shù)據(jù)處理。首先進行頭動矯正及三維空間平滑。采用相關分析法，閾值設定為0.05，獲取功能激活圖像。將功能激活圖像及三維解剖圖像Talairach標準化后，進行相關測量及分析。對同一受試者2、3、

14、4三組的雙側皮層激活范圍進行兩樣本配對t檢驗，取p<0,005為有統(tǒng)計學意義。分析水平視差大小與皮層激活情況的線性相關程度。實驗結果： 12例入選的正常志愿者全部完成了本項研究。 (1) 經(jīng)E-prime軟件處理，12位受試者的判斷正確率均在95﹪以上。僅第2組的刺激/控制任務1和刺激/控制任務2響應時間之間的差異有統(tǒng)計學意義，根據(jù)均數(shù)可知，判斷立體圖像的時間明顯長于判斷黑白顏色的時間。第3、4兩組的響應時間與判斷顏色所

15、需時間之間無統(tǒng)計學差別。 (2) 第2、3、4組數(shù)據(jù)分別行單樣本T檢驗，α=0.05。三組激活區(qū)均主要集中在雙側Brodmann 18區(qū)(BA 18) ，以枕中回最為強烈。第2組還有左側BA 19和BA 10額中回和左側額下回等激活，第3組則有額葉的大范圍激活。 (3) 組間分析。將上述第2、3、4組數(shù)據(jù)進行各組間兩兩比較，均未出現(xiàn)統(tǒng)計學意義的激活點(P<,FDR-cirr>≤0.005)，可以認為本實驗中激活區(qū)的激活強

16、度并未隨著水平視差的加大而發(fā)生明顯的變化。 (4) 視三組數(shù)據(jù)來自同一總體，將上述數(shù)據(jù)綜合，進行單樣本T檢驗，α=0.001，可見雙側枕葉、額葉，以及右側頂葉皮質被明顯激活，主要的激活區(qū)集中在雙側Brodmann 18區(qū)(BA18)和右側Brodmann 19區(qū)(BA19)，還有右側的BA7(包括頂上小葉和楔前葉)，右側的BA 37(顳中回)。另外，雙側大腦半球的額部也有明顯激活，以左側額中回最為強烈。另外還有海馬回前部(BA

17、27)，右側扣帶回、左側島葉也有激活的表現(xiàn)。初級視皮質BA17區(qū)并未見激活。 結論： 1．立體視覺的形成并不單純由視覺皮質參與，還涉及了多個腦區(qū)的共同作用，包括支配眼球的協(xié)同運動、注意力、智力等的功能區(qū)都有激活。 2．本實驗中BA 17(V1區(qū))沒有參與立體視覺的形成，它可能僅對亮度和形狀等的立體視覺產(chǎn)生響應，對無明顯邊緣，且形狀不由亮度決定的隨機點立體視圖無響應。 3．本實驗中，立體視覺的形成主要涉及雙