不同階段記憶記憶差異的磁共振成像研究

1圖像腦結(jié)構(gòu)功能漢語記憶主要集中在存儲和提取的特定領(lǐng)域，以及在記憶過程中的組件。如有的詞語工作記憶研究提出頂葉后部參與信息貯存，Broca區(qū)、前運動區(qū)和輔助運動區(qū)參與信息復(fù)述，背外側(cè)前額皮層和前扣帶回參與信息的控制與協(xié)調(diào)。但是，研究結(jié)果并不一致，在最主要的額葉、頂葉兩個記憶腦區(qū)，有的研究沒有額葉激活，有的沒有頂葉；在其他腦區(qū)上，不僅差異非常大，而且功能的討論也參差不齊。Awh,Jonides,Smith,Schumacher,Koeppe和Katz(1996）設(shè)計了2-back任務(wù)，包括搜尋與復(fù)述兩個作業(yè)，發(fā)現(xiàn)左半球頂后區(qū)（BA40）和前額區(qū)（Broca區(qū)、前運動區(qū)以及輔助運動區(qū)）的激活。Jansma,Ramsey,Coppola和Kahn(2000）采用n-back實驗范式分離出對工作記憶負荷敏感的腦區(qū)和不敏感的腦區(qū)，敏感腦區(qū)包括背外側(cè)前額葉皮層、前扣帶回、頂葉后部，不敏感腦區(qū)包括初級感覺運動皮層等。Majerus等（2008）以英文字母和韓文材料，采用0-back和3-back實驗?zāi)Ｊ窖芯空Z言記憶，n-back主效應(yīng)腦區(qū)有扣帶回、右島葉、右頂葉后部、左（右）頂葉腹側(cè)。材料主效應(yīng)激活左頂葉背側(cè)和小腦。腦患者研究主要探討記憶障礙，如Bunge,Klingberg,Jacobsen和Gabrieli(2000）對腦患者研究發(fā)現(xiàn)，頂下小葉背側(cè)和頂下小葉腹側(cè)與短時記憶缺陷有關(guān)，認為這些區(qū)域的功能是同質(zhì)性的。關(guān)于記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，Gruber(2001）采用n-back再認實驗范式，在刺激的延遲階段要求被試默讀數(shù)字，以阻止被試對記憶信息的再加工。發(fā)現(xiàn)在沒有數(shù)字干擾的情況下，左腦Broca區(qū)、前運動區(qū)明顯激活。有數(shù)字干擾情況下，這些腦區(qū)無明顯激活，而是左右腦額葉前部（額下溝前部）、頂下小葉等腦區(qū)的明顯激活。作者認為工作記憶中詞語信息的貯存可能不是某一特定的腦區(qū)，而是前額葉-頂葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合機能。Xue,Dong,Jin和Chen(2004）考察了非熟練英語漢語者語義作業(yè)和語音作業(yè)，結(jié)果表明，英、漢所有作業(yè)產(chǎn)生了相似的左背外側(cè)前額葉激活，部分在蓋部、三角部、中央前回和頂葉。因而認為工作記憶由額-頂神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，激活強度取決于L2熟悉性。一些實驗采用傳統(tǒng)的“學(xué)習(xí)-再認”作業(yè)模式探討記憶腦機制。如研究者運用PET手段，設(shè)計“學(xué)習(xí)-再認”詞語工作記憶和空間記憶任務(wù)（Jpnidesetal.,1993;Smith,Jonides,&Koeppe,1996;Smith,1995）。Vinogradov等（2006）的記憶再認研究結(jié)果顯示，單詞再認任務(wù)激活右額中回、右前扣帶回、右腦島、右額下回、左額下回、左額中回。Hornberger,Rugg和Henson(2005）的圖片和聲音材料記憶再認實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試對單詞再認判斷，加工腦區(qū)有左額極皮層、左額中回、左額上回、右額中回、右額下回、頂葉、后扣帶回、左顳中回、右顳上回等。頂葉、前額葉和前顳中回的單詞新舊效應(yīng)并沒有差異。DeZubicaray,McMahon,Eastburn,Finnigan和Humphreys(2005）的高頻詞和低頻詞學(xué)習(xí)再認測試發(fā)現(xiàn)再認加工激活前顳中回、海馬、左側(cè)頂葉、左前額下回的前部。他們認為在再認記憶中，項目記憶強度對前顳中回的激活強度起調(diào)節(jié)作用，低頻詞的正確再認與顳葉側(cè)部有緊密聯(lián)系。Majerus等（2008）的雙語者（德語-法語）詞語短時記憶研究發(fā)現(xiàn)高頻詞作業(yè)激活的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涉及左頂內(nèi)溝、右頂內(nèi)溝和右小腦上緣，低頻詞激活左頂內(nèi)溝、雙側(cè)顳上回和顳-頂聯(lián)合區(qū)。他們認為低頻詞的短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是低效的，記憶結(jié)果反應(yīng)被試詞語順序?qū)W習(xí)及儲存能力。Kim,Daselaar和Cabeza(2010）等對情景記憶的編碼和提取進行研究，發(fā)現(xiàn)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由兩種互補性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。他們假設(shè)在再認測試階段，提取成功活動（舊>新），主要與消極任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，而提取失敗活動（新>舊），則主要與積極任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。發(fā)現(xiàn)被試正確再認時激活的腦區(qū)有雙側(cè)楔前葉、雙側(cè)扣帶回后部、左右腹側(cè)頂后小葉、右腹側(cè)枕葉、左頂-枕聯(lián)合區(qū)。deZubicaray等（2006）的詞語配對回憶fMRI研究表明，正確回憶項目引起了海馬，左側(cè)前額下回，左顳中回和頂下小葉激活。以往記憶研究突出貢獻是發(fā)現(xiàn)記憶的三大網(wǎng)絡(luò)。中國學(xué)生英語學(xué)習(xí)的主要困難是詞匯記憶，但對漢語和英語記憶存在何種差異，以往腦成像研究較少涉及。本研究以大學(xué)生為對象，采用記憶-再認模式探討英語詞匯記憶和漢字記憶腦加工區(qū)的不同，并為學(xué)習(xí)英語提供參考。2方法2.1．1年齡或形態(tài)正常8名健康在校大學(xué)生（4男，4女）參加實驗，平均年齡為20.8±2.5歲。視力正常或矯正后正常，均為右利手。被試均從小學(xué)三年級開始學(xué)習(xí)英語，參加實驗前均通過了大學(xué)英語四級水平考試。2.2任務(wù)的組合模式實驗程序參考羅躍嘉、魏景漢、翁旭初和衛(wèi)星（2001）及王湘、程灶火、姚樹橋和趙侖（2005）的ERP學(xué)習(xí)再認實驗。實驗包括4個序列，一個序列時間為345秒。其中兩個程序按漢字-英文順序排列，兩個程序按英文-漢字順序排列，以消除順序效應(yīng)。任務(wù)的組合模式是學(xué)習(xí)記憶-再認（見圖1）。采用Block設(shè)計，每個序列包括6個Block每個Block持續(xù)30s，基線任務(wù)注視“+”21s，任務(wù)與基線間隔排列。每個字符呈現(xiàn)2000ms，注視點“+”1000ms。采用學(xué)習(xí)-再認實驗?zāi)Ｊ?。英語假詞和漢語假字各120個字。分配到6個學(xué)習(xí)Block和6個再認Block中，每個Block有10個字/詞。學(xué)習(xí)階段逐個呈現(xiàn)每個刺激，學(xué)生努力記住呈現(xiàn)的詞匯，休息21s后進入再認階段，逐個呈現(xiàn)10個詞匯（其中7個為前面曾經(jīng)出現(xiàn)過的“舊詞”，另外3個是未出現(xiàn)過的“新詞”），被試的任務(wù)是對呈現(xiàn)的詞進行新舊判斷。2.3tr/te成像采用荷蘭菲利普公司生產(chǎn)的PhilipsAchieva1.5T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)。功能像掃描：采用梯度回波快速回波平面序列，T2*加權(quán)像，水平位，參數(shù)：TR/TE為3000/50ms，翻轉(zhuǎn)角90°，層厚5mm，間隔0mm,FOV為230mm×230mm，矩陣64×64,30層全腦掃描采集。三維結(jié)構(gòu)像掃描：三維快速低角度掃描序列，T1加權(quán)，軸狀位，TR/TE=25/4.1ms，翻轉(zhuǎn)角35°，層厚1.1mm，間隔0.26mm，層數(shù)160,FOV為230mm×230mm，矩陣256×256。2.4統(tǒng)計學(xué)處理方法運用AFNI軟件（）對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。每個被試的預(yù)處理包括頭動矯正，空間標準化，空間平滑（FWHM=5mm），回歸分析采用3dDeconvolve程序進行統(tǒng)計。組統(tǒng)計采用3dANOVA（單因素，多水平）程序進行統(tǒng)計，統(tǒng)計參數(shù)為每個被試回歸分析中4個任務(wù)的系數(shù)（coefficient）。組統(tǒng)計激活圖校正：每個被試線性回歸的殘差為統(tǒng)計參數(shù)，用3dClustSim程序計算激活體積，體積=2052mm3（即76個voxels，每個voxels=27mm3),F=3.42,p=0.01的激活保留；差異性檢驗校正后F=2.02,p=0.05。BOLD信號的統(tǒng)計采用一類任務(wù)激活的總值，即所有激活腦區(qū)激活值相加的總數(shù)作為條形圖統(tǒng)計的數(shù)值，比較不同任務(wù)激活信號。3結(jié)果3.1總平均腦激活用ANOVA進行組統(tǒng)計，相對于基線任務(wù)，得到英語和漢字記憶的總平均腦激活，見表1和圖2。漢字記憶與英文記憶階段的腦區(qū)非常接近，都激活了右舌回、左頂上小葉。差異主要表現(xiàn)為漢字在左側(cè)小腦，英文在右側(cè)小腦。表明兩種語言記憶的差異可能不在學(xué)習(xí)記憶階段。3.2漢字再認海各頂葉的激活統(tǒng)計方法同學(xué)習(xí)記憶腦區(qū)，與基線任務(wù)相比，漢、英再認階段的激活腦區(qū)見表2和圖3。從總的激活腦區(qū)可見，漢語和英語再認都激活左側(cè)頂葉（頂上小葉和頂下小葉）。漢字再認額外激活了右小腦（小節(jié)）、右額上/中回、右頂上小葉、左豆狀回、右尾狀核。英文再認額外激活右舌回、右扣帶回。表明學(xué)習(xí)記憶的早期階段差異小，主要差異來自再認階段，即記憶提取階段。3.3扣帶回在學(xué)習(xí)記憶階段和再認階段被激活用成對樣本t檢驗對漢字-英文進行差異性檢驗，其差異腦區(qū)見表3和圖4。差異腦區(qū)顯示，扣帶回在兩種文字的記憶中起著重要作用，它的激活可能不是反映工作記憶過程本身，可能與任務(wù)的難易程度有關(guān)。顳上回在學(xué)習(xí)記憶階段和再認階段被激活，顯示顳葉參與記憶儲存，見圖4。英文和漢字學(xué)習(xí)記憶的差異主要表現(xiàn)在顳上回，有許多文獻也證實顳葉參與記憶。3.4不同信號強度的分析激活腦區(qū)體積的多少，與任務(wù)難度有關(guān)，兩種文字的記憶差異，也表現(xiàn)在記憶難度上。BOLD信號的統(tǒng)計采用一類任務(wù)激活的總值，即所有激活腦區(qū)激活值相加的總數(shù)作為條形統(tǒng)計圖的數(shù)值，比較不同信號強度。激活腦區(qū)的總體積（mm3）：漢字記憶2857，漢字再認9108，英文記憶4148，英文再認20430，以激活的總體積作圖。再認比記憶激活更多腦區(qū)，花費更多的腦資源。漢字與英文相比，英文再認最困難。換言之，中國學(xué)生英文的學(xué)習(xí)困難，主要表現(xiàn)在記憶儲存階段，英文比漢字更難以記住，提取更困難。圖5顯示，英文再認激活的腦區(qū)最多，難度最大。大學(xué)生英語學(xué)習(xí)中感覺英語學(xué)習(xí)投入最多，最困難，可能與英文詞匯記憶儲存模式有關(guān)。4工作記憶的激活從總激活來看，漢字學(xué)習(xí)和英文學(xué)習(xí)都激活了頂葉，再認階段也激活了頂葉和額葉等腦區(qū)。頂-額網(wǎng)絡(luò)是記憶網(wǎng)絡(luò)的一部分，已經(jīng)被很多研究證實。如Jansma等人（2000）采用n-back實驗范式明確分離出對工作記憶負荷敏感的腦區(qū)和不敏感的腦區(qū)，其中前者包括背外側(cè)前額葉皮層、前扣帶回、頂葉后部，后者包括初級感覺運動皮層等。Bunge等（2000）對患者的研究發(fā)現(xiàn)，頂下小葉背側(cè)和頂下小葉腹側(cè)與短時記憶缺陷有關(guān)。Xue等（2004）以非熟練的英語者對英漢雙語工作記憶，采用語義作業(yè)和語音作業(yè)的研究。結(jié)果表明，英漢所有作業(yè)產(chǎn)生了相似的左背外側(cè)前額葉激活，部分在蓋部，三角部，中央前回和頂葉。左頂葉、右中央前回L2大于L1。認為工作記憶由額-頂神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的，激活強度取決于L2熟悉性，這些研究都證明頂葉參與了記憶。差異性統(tǒng)計顯示，漢字與英文學(xué)習(xí)階段差異和再認階段差異都有顳葉的激活。研究發(fā)現(xiàn)記憶的儲存在顳葉，額葉可能主要參與文字加工。一些文獻證實顳葉結(jié)構(gòu)參與記憶加工，如Smith和Jonides等假設(shè)，對于空間和客體信息，知覺和記憶表征通過相同的神經(jīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)（Jonidesetal.,1993Smithetal.,1996;Smith,1995）。如右側(cè)頂葉后部區(qū)域參與空間知覺；左側(cè)顳葉下部參與存貯客體信息，該區(qū)域在客體知覺中也起作用。LaBar,Gitelman,Parrish和Mesulam(1999）在研究語言工作記憶時發(fā)現(xiàn)，參與的腦區(qū)包括頂葉、楔前葉、次級運動區(qū)、額區(qū)、丘腦、小腦、顳葉神經(jīng)皮質(zhì)和腦島等。認為工作記憶作為一種較為復(fù)雜的高級認知活動，需要腦內(nèi)多個區(qū)域之間的相互協(xié)調(diào)才能完成，而前額葉皮質(zhì)可能在其中起到了主導(dǎo)作用。實驗還發(fā)現(xiàn)，參與記憶的不僅有額-頂腦區(qū)，顳葉腦區(qū)，還有其他腦區(qū)，其功能主要圍繞記憶進行。本實驗中小腦、扣帶回也是差異腦區(qū)。小腦參與記憶的相關(guān)研究很多，如Majerus等（2008）以英文字母和韓文材料，采用0-back和3-back實驗?zāi)Ｊ?，n-back的主效應(yīng)激活扣帶回、右島葉、右頂葉后部、左（右）頂葉腹側(cè)。材料主效應(yīng)激活左頂葉背側(cè)和小腦。關(guān)于扣帶回功能的相關(guān)研究，Barch等（1997）認為前扣帶回（32區(qū)）激活反映的可能并不是工作記憶過程，可能與任務(wù)的難易程度有關(guān)。Milham等（2002）研究stroop時發(fā)現(xiàn)，進行注意力控制的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)激活增加。記憶差異也表現(xiàn)在信號強度上，從腦激活體積來看，再認比學(xué)習(xí)記憶激活的多，英文再認比漢字再認激活明顯增加。根據(jù)資源消耗理論，激活腦區(qū)越多，則資源消