不同阶段记忆记忆差异的磁共振成像研究

不同阶段记忆记忆差异的磁共振成像研究

1图像脑结构功能汉语记忆主要集中在存储和提取的特定领域，以及在记忆过程中的组件。如有的词语工作记忆研究提出顶叶后部参与信息贮存，Broca区、前运动区和辅助运动区参与信息复述，背外侧前额皮层和前扣带回参与信息的控制与协调。但是，研究结果并不一致，在最主要的额叶、顶叶两个记忆脑区，有的研究没有额叶激活，有的没有顶叶；在其他脑区上，不仅差异非常大，而且功能的讨论也参差不齐。Awh,Jonides,Smith,Schumacher,Koeppe和Katz(1996）设计了2-back任务，包括搜寻与复述两个作业，发现左半球顶后区（BA40）和前额区（Broca区、前运动区以及辅助运动区）的激活。Jansma,Ramsey,Coppola和Kahn(2000）采用n-back实验范式分离出对工作记忆负荷敏感的脑区和不敏感的脑区，敏感脑区包括背外侧前额叶皮层、前扣带回、顶叶后部，不敏感脑区包括初级感觉运动皮层等。Majerus等（2008）以英文字母和韩文材料，采用0-back和3-back实验模式研究语言记忆，n-back主效应脑区有扣带回、右岛叶、右顶叶后部、左（右）顶叶腹侧。材料主效应激活左顶叶背侧和小脑。脑患者研究主要探讨记忆障碍，如Bunge,Klingberg,Jacobsen和Gabrieli(2000）对脑患者研究发现，顶下小叶背侧和顶下小叶腹侧与短时记忆缺陷有关，认为这些区域的功能是同质性的。关于记忆神经网络的研究，Gruber(2001）采用n-back再认实验范式，在刺激的延迟阶段要求被试默读数字，以阻止被试对记忆信息的再加工。发现在没有数字干扰的情况下，左脑Broca区、前运动区明显激活。有数字干扰情况下，这些脑区无明显激活，而是左右脑额叶前部（额下沟前部）、顶下小叶等脑区的明显激活。作者认为工作记忆中词语信息的贮存可能不是某一特定的脑区，而是前额叶-顶叶神经网络的联合机能。Xue,Dong,Jin和Chen(2004）考察了非熟练英语汉语者语义作业和语音作业，结果表明，英、汉所有作业产生了相似的左背外侧前额叶激活，部分在盖部、三角部、中央前回和顶叶。因而认为工作记忆由额-顶神经系统调节，激活强度取决于L2熟悉性。一些实验采用传统的“学习-再认”作业模式探讨记忆脑机制。如研究者运用PET手段，设计“学习-再认”词语工作记忆和空间记忆任务（Jpnidesetal.,1993;Smith,Jonides,&Koeppe,1996;Smith,1995）。Vinogradov等（2006）的记忆再认研究结果显示，单词再认任务激活右额中回、右前扣带回、右脑岛、右额下回、左额下回、左额中回。Hornberger,Rugg和Henson(2005）的图片和声音材料记忆再认实验结果发现，被试对单词再认判断，加工脑区有左额极皮层、左额中回、左额上回、右额中回、右额下回、顶叶、后扣带回、左颞中回、右颞上回等。顶叶、前额叶和前颞中回的单词新旧效应并没有差异。DeZubicaray,McMahon,Eastburn,Finnigan和Humphreys(2005）的高频词和低频词学习再认测试发现再认加工激活前颞中回、海马、左侧顶叶、左前额下回的前部。他们认为在再认记忆中，项目记忆强度对前颞中回的激活强度起调节作用，低频词的正确再认与颞叶侧部有紧密联系。Majerus等（2008）的双语者（德语-法语）词语短时记忆研究发现高频词作业激活的神经网络涉及左顶内沟、右顶内沟和右小脑上缘，低频词激活左顶内沟、双侧颞上回和颞-顶联合区。他们认为低频词的短时记忆神经网络是低效的，记忆结果反应被试词语顺序学习及储存能力。Kim,Daselaar和Cabeza(2010）等对情景记忆的编码和提取进行研究，发现大脑神经网络是由两种互补性神经网络构成。他们假设在再认测试阶段，提取成功活动（旧>新），主要与消极任务的神经网络相关，而提取失败活动（新>旧），则主要与积极任务的神经网络相关。发现被试正确再认时激活的脑区有双侧楔前叶、双侧扣带回后部、左右腹侧顶后小叶、右腹侧枕叶、左顶-枕联合区。deZubicaray等（2006）的词语配对回忆fMRI研究表明，正确回忆项目引起了海马，左侧前额下回，左颞中回和顶下小叶激活。以往记忆研究突出贡献是发现记忆的三大网络。中国学生英语学习的主要困难是词汇记忆，但对汉语和英语记忆存在何种差异，以往脑成像研究较少涉及。本研究以大学生为对象，采用记忆-再认模式探讨英语词汇记忆和汉字记忆脑加工区的不同，并为学习英语提供参考。2方法2.1．1年龄或形态正常8名健康在校大学生（4男，4女）参加实验，平均年龄为20.8±2.5岁。视力正常或矫正后正常，均为右利手。被试均从小学三年级开始学习英语，参加实验前均通过了大学英语四级水平考试。2.2任务的组合模式实验程序参考罗跃嘉、魏景汉、翁旭初和卫星（2001）及王湘、程灶火、姚树桥和赵仑（2005）的ERP学习再认实验。实验包括4个序列，一个序列时间为345秒。其中两个程序按汉字-英文顺序排列，两个程序按英文-汉字顺序排列，以消除顺序效应。任务的组合模式是学习记忆-再认（见图1）。采用Block设计，每个序列包括6个Block每个Block持续30s，基线任务注视“+”21s，任务与基线间隔排列。每个字符呈现2000ms，注视点“+”1000ms。采用学习-再认实验模式。英语假词和汉语假字各120个字。分配到6个学习Block和6个再认Block中，每个Block有10个字/词。学习阶段逐个呈现每个刺激，学生努力记住呈现的词汇，休息21s后进入再认阶段，逐个呈现10个词汇（其中7个为前面曾经出现过的“旧词”，另外3个是未出现过的“新词”），被试的任务是对呈现的词进行新旧判断。2.3tr/te成像采用荷兰菲利普公司生产的PhilipsAchieva1.5T超导型磁共振成像系统。功能像扫描：采用梯度回波快速回波平面序列，T2*加权像，水平位，参数：TR/TE为3000/50ms，翻转角90°，层厚5mm，间隔0mm,FOV为230mm×230mm，矩阵64×64,30层全脑扫描采集。三维结构像扫描：三维快速低角度扫描序列，T1加权，轴状位，TR/TE=25/4.1ms，翻转角35°，层厚1.1mm，间隔0.26mm，层数160,FOV为230mm×230mm，矩阵256×256。2.4统计学处理方法运用AFNI软件（）对数据进行统计处理。每个被试的预处理包括头动矫正，空间标准化，空间平滑（FWHM=5mm），回归分析采用3dDeconvolve程序进行统计。组统计采用3dANOVA（单因素，多水平）程序进行统计，统计参数为每个被试回归分析中4个任务的系数（coefficient）。组统计激活图校正：每个被试线性回归的残差为统计参数，用3dClustSim程序计算激活体积，体积=2052mm3（即76个voxels，每个voxels=27mm3),F=3.42,p=0.01的激活保留；差异性检验校正后F=2.02,p=0.05。BOLD信号的统计采用一类任务激活的总值，即所有激活脑区激活值相加的总数作为条形图统计的数值，比较不同任务激活信号。3结果3.1总平均脑激活用ANOVA进行组统计，相对于基线任务，得到英语和汉字记忆的总平均脑激活，见表1和图2。汉字记忆与英文记忆阶段的脑区非常接近，都激活了右舌回、左顶上小叶。差异主要表现为汉字在左侧小脑，英文在右侧小脑。表明两种语言记忆的差异可能不在学习记忆阶段。3.2汉字再认海各顶叶的激活统计方法同学习记忆脑区，与基线任务相比，汉、英再认阶段的激活脑区见表2和图3。从总的激活脑区可见，汉语和英语再认都激活左侧顶叶（顶上小叶和顶下小叶）。汉字再认额外激活了右小脑（小节）、右额上/中回、右顶上小叶、左豆状回、右尾状核。英文再认额外激活右舌回、右扣带回。表明学习记忆的早期阶段差异小，主要差异来自再认阶段，即记忆提取阶段。3.3扣带回在学习记忆阶段和再认阶段被激活用成对样本t检验对汉字-英文进行差异性检验，其差异脑区见表3和图4。差异脑区显示，扣带回在两种文字的记忆中起着重要作用，它的激活可能不是反映工作记忆过程本身，可能与任务的难易程度有关。颞上回在学习记忆阶段和再认阶段被激活，显示颞叶参与记忆储存，见图4。英文和汉字学习记忆的差异主要表现在颞上回，有许多文献也证实颞叶参与记忆。3.4不同信号强度的分析激活脑区体积的多少，与任务难度有关，两种文字的记忆差异，也表现在记忆难度上。BOLD信号的统计采用一类任务激活的总值，即所有激活脑区激活值相加的总数作为条形统计图的数值，比较不同信号强度。激活脑区的总体积（mm3）：汉字记忆2857，汉字再认9108，英文记忆4148，英文再认20430，以激活的总体积作图。再认比记忆激活更多脑区，花费更多的脑资源。汉字与英文相比，英文再认最困难。换言之，中国学生英文的学习困难，主要表现在记忆储存阶段，英文比汉字更难以记住，提取更困难。图5显示，英文再认激活的脑区最多，难度最大。大学生英语学习中感觉英语学习投入最多，最困难，可能与英文词汇记忆储存模式有关。4工作记忆的激活从总激活来看，汉字学习和英文学习都激活了顶叶，再认阶段也激活了顶叶和额叶等脑区。顶-额网络是记忆网络的一部分，已经被很多研究证实。如Jansma等人（2000）采用n-back实验范式明确分离出对工作记忆负荷敏感的脑区和不敏感的脑区，其中前者包括背外侧前额叶皮层、前扣带回、顶叶后部，后者包括初级感觉运动皮层等。Bunge等（2000）对患者的研究发现，顶下小叶背侧和顶下小叶腹侧与短时记忆缺陷有关。Xue等（2004）以非熟练的英语者对英汉双语工作记忆，采用语义作业和语音作业的研究。结果表明，英汉所有作业产生了相似的左背外侧前额叶激活，部分在盖部，三角部，中央前回和顶叶。左顶叶、右中央前回L2大于L1。认为工作记忆由额-顶神经系统调节的，激活强度取决于L2熟悉性，这些研究都证明顶叶参与了记忆。差异性统计显示，汉字与英文学习阶段差异和再认阶段差异都有颞叶的激活。研究发现记忆的储存在颞叶，额叶可能主要参与文字加工。一些文献证实颞叶结构参与记忆加工，如Smith和Jonides等假设，对于空间和客体信息，知觉和记忆表征通过相同的神经区域实现（Jonidesetal.,1993Smithetal.,1996;Smith,1995）。如右侧顶叶后部区域参与空间知觉；左侧颞叶下部参与存贮客体信息，该区域在客体知觉中也起作用。LaBar,Gitelman,Parrish和Mesulam(1999）在研究语言工作记忆时发现，参与的脑区包括顶叶、楔前叶、次级运动区、额区、丘脑、小脑、颞叶神经皮质和脑岛等。认为工作记忆作为一种较为复杂的高级认知活动，需要脑内多个区域之间的相互协调才能完成，而前额叶皮质可能在其中起到了主导作用。实验还发现，参与记忆的不仅有额-顶脑区，颞叶脑区，还有其他脑区，其功能主要围绕记忆进行。本实验中小脑、扣带回也是差异脑区。小脑参与记忆的相关研究很多，如Majerus等（2008）以英文字母和韩文材料，采用0-back和3-back实验模式，n-back的主效应激活扣带回、右岛叶、右顶叶后部、左（右）顶叶腹侧。材料主效应激活左顶叶背侧和小脑。关于扣带回功能的相关研究，Barch等（1997）认为前扣带回（32区）激活反映的可能并不是工作记忆过程，可能与任务的难易程度有关。Milham等（2002）研究stroop时发现，进行注意力控制的结构网络激活增加。记忆差异也表现在信号强度上，从脑激活体积来看，再认比学习记忆激活的多，英文再认比汉字再认激活明显增加。根据资源消耗理论，激活脑区越多，则资源消