人类色觉及屈光参差性弱视视觉运动觉皮层激活特征的fMRI研究

论文摘要

研究目的和意义1.探讨随机点动态运动图作为刺激源是否能够对参与视觉运动觉处理的大脑皮层区域进行准确的功能定位,并在此基础上进一步观测在不同相干水平运动情况下,相关大脑皮层的血氧水平依赖反应特点。2.对人类大脑颜色信息处理皮层进行功能定位;研究在不同时间频率情况下,红绿等亮度颜色刺激视皮层功能定位情况及其皮层反应特征。3.在正常人研究的基础上,进一步研究人类屈光参差性弱视的视觉相干运动知觉皮层反应特征。以期能进一步揭示屈光参差性弱视视觉运动功能缺陷的可能皮层机制,为早期发现和早期治疗潜在的弱视病人提供理论依据并帮助临床根据弱视不同的脑功能区损害特点进行有针对性的诊疗。材料与方法1.被试分组①正常人视觉运动觉受试者:共12例志愿者,其中男7例,女5例,均为大学在读本科生或研究生,年龄21-29岁,平均（23.5±2.5）岁,均根据标准量表确定为右利手。双眼裸眼视力为0.5或0.5以上,矫正视力为1.0以上,双眼屈光差值小于等于0.50D。其中3名被试由于头动过于明显,数据因而被舍弃,未作进一步分析。②正常人色觉受试者:共8例志愿者,其中男5例,女3例,均为大学在读本科生或研究生,年龄20-29岁,平均（（23.8±3.2））岁,均根据标准量表确定为右利手。双眼裸眼视力为0.5或0.5以上,矫正视力为1.0以上,双眼屈光差值小于等于0.50D。③屈光参差性弱视觉运动觉受试者:共6例,其中男3例,女3例,年龄6-15岁,平均（11.0±3.8）岁。均由西南医院眼科提供。所有被试通过对心理学表格的测试保证均为右利手。实验前均在我院眼科进行扩瞳检影及试片,所有被试均符合1996年中华医学会全国儿童弱视、斜视学组制定标准。所有被试均无其它严重眼部疾病及神经系统疾患,无严重全身性疾病,且于实验前详尽告知实验过程及实验中需注意事项并签署书面知情同意书,以取得被试的良好配合。2.成像方法扫描使用SIEMENS Magnetom Sonata 1. 5T超导型全身磁共振成像系统。采用标准正交头线圈。结构像扫描:采用快速自旋回波序列行全脑轴位无间隙扫描,扫描平面平行于距状裂,T1加权像,TR/TE:500/7.7ms,层厚:7.0mm,FOV:220mm×192.5mm,矩阵:256×224,扫描层数:15;功能像扫描:采用回波平面成像序列行全脑轴位无间隙扫描,扫描平面平行于距状裂,T2*加权像,TR/TE:2000/60ms,翻转角: 90°,层厚:7.0mm, FOV:230mm×230mm,矩阵:64×64,扫描层数:15;三维结构像扫描:采用三维磁化准备快速采集梯度回波序列行全脑矢状位无间隙扫描,T1加权像,TR/TE:1900/1.87ms,翻转角: 15°,扫描层数:128,FOV:230mm×230mm,矩阵:256×256。3.刺激材料及其呈现①正常人视觉运动觉刺激材料:基于Matlab7.1软件平台,采用国际通用的视觉研究自由软件包PsychToolbox2.54设计的随机点动态运动图作为刺激源。采用组块设计,控制状态与任务状态交替呈现,任务状态采用三水平的参数设计,具体为:在屏幕上呈现200个随机点,运动相干水平分别为5%,20%,80%。按5%、20%、80%、20%、80%、5%、80%、5%、20%、5%、20%、80%顺序呈现,共12个组块,每个持续10s,刺激之间为10s的控制状态,刺激呈现后为10s的静息状态,总时间10s×12×2+10s=250s。②正常人色觉刺激材料:基于Matlab7.1软件平台,采用国际通用的视觉研究自由软件包PsychToolbox2.54设计的等亮度红-绿色盘作为刺激源。采用组块设计,控制状态与任务状态交替呈现,任务状态采用三水平的参数设计,具体为:屏幕上呈现分别以1Hz,4Hz,15Hz闪动的等亮度红-绿色盘,其中心为“+”或“×”字。实验前对每个参与被试采用混合颜色闪烁测光法对红绿颜色进行等亮度校正。在没有闪动的红-绿色盘期间,屏幕中央将呈现“+”或“×”。刺激源呈现背景为均一的等亮度橙黄色。刺激按15Hz、4Hz、1Hz、4Hz、1Hz、15Hz、1Hz、15Hz、4Hz、15Hz、4Hz、1Hz顺序呈现,共12个block,每个持续12s,刺激之间为12s的控制状态,刺激呈现后为12s的静息状态,总时间12s×12×2+12s=300s。③屈光参差性弱视视觉运动觉刺激材料:基于Matlab7.1软件平台,采用国际通用的视觉研究自由软件包PsychToolbox2.54设计的随机点动态运动图作为刺激源。采用组块设计,控制状态与任务状态交替呈现,任务状态为:在屏幕上呈现200个随机点,其中有5%的点向同一方向运动,其余的点作随机运动,共12个组块,每个持续10s,刺激之间为10s的控制状态,刺激呈现后为10s的静息状态,总时间10s×12×2+10s=250s。所有刺激材料均采用Samrtec SA-8800fMRI刺激系统套件（深圳市美德医疗电子技术有限公司生产）呈现。通过位于磁共振操作间的任务控制电脑控制,刺激图形通过投影机投照到磨砂玻璃上,被试者通过头部前方的反光镜中观察图像。受试者平卧于磁共振检查床内,由头盔将头固定在正交头线圈上,通过注视额前方固定的反光平面镜被动观察毛玻璃屏上的刺激图像。实验获取数据时,除了来自显示屏的光线外,被试所处环境中无其它光源。4.数据处理所有数据均采用国际上通用的自由软件AFNI和社会科学统计软件包SPSS13.0进行离线处理和统计分析。处理步骤为:首先将数据由DICOM格式转换为AFNI所能识别的NIfTI格式,依次进行时间转换、层内及层间图像配准、各向同性空间高斯平滑（半宽全高FWHM=5mm）、将绝对MR信号改变转换为相对的MR信号改变百分比以便被试内及被试间比较分析、空间标准化（采用Talairach-Tournoux空间坐标系）,在空间标准化过程中同时对功能像进行3mm×3mm×3mm重采样处理。然后对每个受试者的功能序列数据进行反卷积分析,将刚体运动参数引起的伪影特征模型作为无关回归因子从系统反应中剔除,从而获得相应刺激的脑功能激活图（正常人视觉运动觉阈值:F=5.001,P<4.1×10-4;正常人色觉阈值:F=5.000,P<8.1×10-8;屈光参差性弱视视觉运动觉阈值:F=5.009,P<4.0×10-4）。最后将各被试反卷积分析得到的各相干水平的MR平均信号改变百分比进行方差分析,得到平均激活图。结果分析1.视觉运动刺激激活区在双侧颞下沟升支和枕外沟交汇处,其左、右侧激活区的Talairach中心坐标分别为（42.9,66.0,3.5）、（-42.5,63.5,3.8）,左、右半球hMT+区在相干水平为5%、20%、80%情况下激活体积分别为（946.9±267.9）ml、（756.0±319.5） ml、（621.0±139.9） ml、（658.1±192.1） ml、（516.0±172.4） ml、（307.1±29.7 ）ml。同时激活的还有V1区（激活概率28/2×3×9）,hV3A（激活概率46/2×3×9）以及其他几个枕颞、枕顶、顶叶及颞叶相关区域。2.等亮度红绿颜色刺激区在激活双侧枕颞交界区腹侧面的梭状回,该脑回位于侧副沟外,其左、右侧半球激活区的Talairach中心坐标分别为（27.4,68.5,-10.1 ）、（-30.5,72.6,-11.3）,左、右半球V4区在时间频率为15Hz、4Hz、1Hz情况下激活体积分别为（472.5±159.4）ml、（864.0±103.1） ml、（1463.3±292.2）ml、（418.5±126.7） ml、（779.7±111.3） ml、（1505.3±356.4 ）ml。同时激活的还有V1/V2等视区。3.在弱视眼矫正前后和对侧眼均可见双侧或单侧hMT+激活。弱视眼屈光矫正前、后hMT+区激活范围均明显小于对侧眼刺激时hMT+区激活范围（P值均为0.002）;弱视眼屈光矫正前、后hMT+区激活范围间比较无显著统计学意义（P值为0.076）。结论1.随机点动态运动图刺激能对参与视觉运动觉处理的大脑皮层区域进行准确的功能定位;hMT+区的激活体积随着相干水平的提高而减小。该研究对人类视觉运动觉皮层处理位置进行了准确的功能定位,提示了视觉运动相干水平与hMT+区反应特征的关系,为我们进一步研究病理状态下人类视觉运动觉皮层反应特征提供了理论基础。2.等亮度等亮度红-绿色盘刺激能有效激活人类颜色信号处理中心V4区。V4区对低时间频率敏感度较高,对高时间频率的敏感度较低。该研究对人类色觉皮层处理中心进行了准确的功能定位,提示了人类色觉皮层时间频率反应特征。3.在弱视眼矫正前后和对侧眼均可见双侧或单侧hMT+或V3A的激活。弱视眼屈光矫正前、后hMT+区激活范围均明显小于对侧眼刺激时hMT+区激活范围（P值均为0.002）;弱视眼屈光矫正前、后hMT+区激活范围间比较无显著统计学意义（P值为0.076）。该研究从fMRI角度进一步证实了屈光参差性弱视可能存在视觉运动功能缺陷,为早期发现和早期治疗那些潜在的弱视病人提供理论依据并能帮助临床根据弱视不同的脑功能区损害特点进行有针对性的诊疗。

论文目录

• 英文缩略词语表
• 英文摘要
• 中文摘要
• 论文正文 人类色觉及屈光参差性弱视视觉运动觉皮层激活特征的fMRI 研究
• 前言
• 第一部分 正常人视觉运动觉、色觉皮层激活特征的fMRI 研究
• （1） 正常人视觉运动觉皮层激活特征的fMRI 研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• （2） 正常人色觉皮层激活特征的fMRI 研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• 第二部分 屈光参差性弱视视觉运动觉皮层激活特征的fMRI 研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• 全文小结
• 致谢
• 文献综述一 功能磁共振视网膜皮层映射成像在视觉系统研究中的应用
• 参考文献
• 文献综述二 fMRI 与 DTI 在神经科学研究中的联合应用
• 参考文献
• 在读期间发表的文章