磁共振脑功能成像及记忆的年龄相关性研究

磁共振脑功能成像及记忆的年龄相关性研究

刘敬峰张红娟杨光

刘敬峰张红娟杨光（安徽省界首市人民医院236500）

【中图分类号】R445【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）18-0027-03

【摘要】年龄对人类记忆能力具有影像，老年人的记忆能力呈增年性下降。MR脑功能成像以其独特的成像特点日益成为认知神经心理学等研究领域的重要手段。阐述事件相关MR脑功能成像的基本原理及其在部分记忆年龄相关性研究的应用和各种形式记忆相关性研究及进展。

【关键词】功能磁共振成像记忆年龄相关性

磁共振脑功能成像（functionalMRI，fMRI）作为一种无侵袭性、无创伤、可连续反复实验的成像技术，越来越受到神经认知和心理学等领域研究人员的重视，成为这些领域研究热点，随着对BOLD反应理解的深入，事件相关磁共振脑功能成像(eventrelatedfunctionalMRI,ER-fMRI)作为一种重要的神经科学研究手段，已被用于检测不同条件下相关脑神经功能变化，及神经机制研究[1]。本文主要综述ER-fMRI的相关知识及记忆的年龄相关性研究。

1ER-fMRI的基本原理

1.1BOLD效应和ER-fMRI1986年FOX等首先发现，神经活动导致局部脑血流（rCBF）、血容量（rCBV）等血液动力学改变[2]。1990年Ogawa发现血液中脱氧血红蛋白可改变血管周围水分子的质子信号，首先报导了血氧的T2效应[3]。神经活动导致大脑皮层微血管中的血氧变化时改变了氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白相对含量，导致随时间变化的动态微观磁场梯度形成，引起局部磁场均匀性变化，从而引起MR信号强度变化，称为BOLD效应。BOLD效应一般滞后于神经元活动2～6秒。对BOLD信号特征相关知识的理解是进行ER-fMRI实验设计及数据分析的基础,BucKner等研究表明成组认知事件和单次事件一样均可使相应脑区激活，类似于传统的事件相关脑电位(event-relatedpotential,ERP)研究方法，即在多种刺激事件混合呈现的作业中，单次事件的激活反应选择性地叠加平均到所感兴趣的脑区激活图。这种方法又称为事件相关磁共振脑功能成像[4]。

1.2ER-fMRI实验设备及扫描序列

fMRI对场强有一定要求，目前国内临床研究应用最多的是1.5TMRI机器。因神经活动引起局部磁场变化较弱，故需选择对磁化率变化最敏感的扫描序列，如GRE序列和平面回波成像（EPI）。GRE是最早用于fMRI扫描的成像序列，但单纯GRE序列成像速度慢、成像层面有限，图像易受运动影响，一般用于单次事件的激活研究和解剖定位像的扫描。EPI是目前成像速度最快的MR成像序列，可在极短时间内（数毫秒～数秒）对激活脑区进行成像，能同时显像多种刺激、复杂运动时引起的多个脑区激活，常用于BOLD功能像扫描。自旋回波序列(SE)主要用于功能结构像的扫描。时间-飞跃序列(TOF)用于脑血管成像，以排除脑功能图像中血管伪影。

1.3ER-fMRI实验设计及数据分析处理

1.3.1ER-FMRI实验设计

ER-FMRI实验设计又称为单任务实验设计(single-trialdesign),是为了克服传统区组实验设计（blockdesign）的局限性，并结合事件相关诱发电位设计的优点而发展起来的.由于单个刺激诱发的BOLD信号一般较弱，因此在实际操作中一般采用多个事件诱发的BOLD信号进行叠加的方法。单任务实验设计能对BOLD信号进行更好地描述，与传统的区组实验设计相比有以下优势：可以更好地减少心理学研究中经常遇到的期望、练习和疲劳效应；可分离运动伪影与BOLD效应变化；能够应用于无法区组化的实验任务中；可以根据被试的反应对刺激进行事后的分类；可以应用于对事先无法控制和预测的行为研究以及能够对BOLD信号进行更加准确地描述等。但其统计力较弱，因此在实际应用中应和区组设计结合。

1.3.2数据分析处理

目前常用的数据处理软件有SPM、AFNI及MEDX等。fMRI数据处理主要包括重新编排图像序列，图像匹配校准，图像标准(正则)化处理，图像分割，空间滤波处理，统计分析，标准化的功能像与解剖结构像融合，然后进行被试间的平均，勾画时间曲线，作皮层兴奋容积图等。

2记忆的年龄相关性研究

记忆是人类复杂思维活动的基本环节，随着人们对记忆研究的深入，越来越多的证据表明存在着许多相对独立的记忆系统，即多重记忆系统。记忆最常用的分类为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆三种。Baddeley(1974)在短时记忆的基础上发展了工作记忆的理论。Schacter和Tulving认为至少有5类记忆系统：即程序性记忆系统、知觉表征系统、语义系统、初级记忆系统（工作记忆，短时记忆）、情景记忆系统。认知心理学将记忆划分为编码、贮存和提取3个过程。ER-fMRI的研究主要集中在阐明各个记忆系统所依赖的神经基础，以及参与信息编码加工、储存和提取的主要脑区。

国内外研究表明，老年人的记忆功能呈增龄性下降，这种年龄相关性记忆障碍(agerelatedmemorydisorder，ARMD)即老年人出现不能以其它疾病及年龄相关性认知功能改变解释的记忆障碍。ARMD存在选择性，常表现为某些记忆过程严重受损（如情景记忆和工作记忆），而另一些记忆过程轻度损伤或无损伤（如内隐记忆）。

2.1情景记忆

情景记忆是指记住在特定时间和地点经历的特定事件。情景记忆是人类发展最高级、成熟最晚、的记忆系统，可分为内容记忆（是指记住过去某个特定事件的内容）和来源记忆（是指记住过去某个特定事件的背景或来源），因其对年龄变化最敏感，具有明显的增龄性下降趋势。因此有关情景记忆的年龄相关性研究最多，但主要针对内容记忆，而忽视了对事件来源的记忆研究。

2.1.1内容记忆

就编码和提取的年龄相关性来说，人们通过研究，提出年轻人在情景记忆信息编码和提取过程中左右半球编码或提取不对称模型（HERA)[5]，即在情景编码时主要引起左侧前额叶激活，情景记忆的信息提取时主要激活右侧前额叶。

在以面孔记忆为任务的实验中发现编码时老年人内侧颞叶（MTL）和前额叶激活较年轻人弱，但在面孔记忆的提取过程中没有发现年龄相关性差异[6]。Nessler等发现在完成单词配对的编码任务时老年人左侧前下额叶和枕颞叶皮层激活下降。在提取任务时，老年人较多地引起双侧前额叶激活[7]。老年人在完成单词配对的提取任务时，前额叶激活更加靠后。在自传记忆的提取过程中有明显的年龄相关性差异[8]，年轻人主要引起左侧海马激活，而老年人则双侧海马激活。Mitchell等[9]研究发现在完成随意学习任务时老年人左侧前额叶激活下降。而老年人在单词记忆编码时激活普遍增加。尽管研究结果不一致（可能与实验设计和统计方法不同有关），但大多数研究均表明老年人编码时左侧前额叶激活下降，提取时较多引起双侧前额叶激活，即老年人提取和编码时左右半球激活不对称性下降模型（hemisphericasymmetryreductioninoldadults，HAROLD）。因左侧前额叶与编码有关，故老年人左侧前额叶激活下降说明其编码功能减弱，获取的有效信息较少，而提取时较多引起双侧前额叶激活（但左侧前额叶激活一般较年轻人弱），这可能反映了某些代偿机制[10，11]，弥补编码时的缺陷，但这种代偿能力有限，故表现为内容记忆增龄性下降。

就提取成功和提取尝试年龄相关性来说，提取尝试具有明显年龄相关性差异，老年人表现左下前额叶激活较年轻人增加，这可能表明老年人为了维持提取加工的顺利进行，主要依赖语义加工（即通过单词间联系获得更多的提取线索）。而提取成功没有发现增龄性差异，老年人和年轻人左前额叶皮层均激活。

2.1.2来源记忆[12]

近年来,随着人们对情景记忆理解的深入及内容记忆增龄性下降被证实,来源记忆是否也存在年龄相关性差异及内容记忆和来源记忆哪一个对老年化更敏感的问题逐渐成为研究热点。

大量证据表明来源记忆中存在显著的年龄差异性。前额叶是来源记忆的重要神经基础，与其它脑区相比，对老年化较敏感，支持这一结论。Chua等在研究情景记忆时,排除内容记忆的影响后，发现老年人来源记忆能力明显下降[13]，根据来源信息的不同将来源记忆分为联系性来源记忆（来源信息与项目结合非常紧密，能与项目内容同时编码）和组织性来源记忆（来源信息不是项目的固有属性,与项目内容分开编码）。联系性来源记忆的年龄差异往往与内容记忆相当，而组织性来源记忆存在更大的年龄差异性。Bernard等[14]发现老年人来源记忆和内容记忆脑区激活不同。Senkfor等通过ERP研究得出同样结果。一些统计分析研究也证实来源记忆受老年化影响较大。但来源记忆对老年化是否较内容记忆敏感，目前观点仍不一致。关于来源记忆的研究大多数仍局限在认知心理学方面，尚不能由此得出精确的解剖定位。ER-fKRI以其精确空间分辨率和较精确时间定位，对来源记忆的年龄相关性研究有重要价值，是未来的一个研究方向。

2.2工作记忆年龄相关性何谓工作记忆Baddeley认为工作记忆系统是由一个中央执行系统和语音环、视觉空间存储两个用于信息存储的子系统组成。这一观点也己被神经科学家广泛采用或不断地被验证和完善。Reuter-Lorenz对比了年轻人和年老人进行词汇和空间工作记忆时的脑区激活，发现年轻人词汇记忆时前额叶激活左侧明显，空间记忆时右侧前额叶激活明显，而老年人完成词汇及空间记忆任务时均为双侧前额叶激活,这个结果支持神经代偿理论[15]；Esposito在完成威斯康星卡片分类实验时发现左前额叶背侧激活与年龄呈明显的负相关。有人认为工作记忆的增龄性下降与老年人的存储能力下降有关，而加工能力的下降比存储能力下降更明显，也有人认为老年人工作记忆的增龄性下降与其对工作记忆的存储和加工的组织整合障碍有关。

2.3关联性的错误记忆[16]

研究表明，记忆的提取线索有赖于环境和自我设制,受到情绪干扰（如焦虑等），适度的焦虑可能减少错误记忆[17]。成年以后，自我设制能力逐渐下降并影响提取策略，使老年人更多地采用要点提取造成提取结果与现实不符，另外老年人在竞争性情景中（如双任务情景记忆）抑制无关事件能力下降，使注意资源和注意控制受影响，干扰了编码和提取，导致错误记忆产生。另错误记忆受时间、记忆材料及评定水平影响（如老年人早晨错误率最少，对图画和“记得”反应保持较好，对汉字和“知道”等反应较差）。

2.4前瞻性记忆[18]

是指对未来完成某活动的记忆。近年来有关年龄对前瞻性记忆影响的研究较多，由于老年人的执行功能下降，导致执行策略提取和年轻人相比存在年龄差异[19]。研究表明，老年人基于事件的前瞻记忆成绩显著好于基于时间的前瞻记忆成绩。同时由于基于时间的前瞻记忆对认知资源的需求多,基于时间的前瞻记忆进行中的任务成绩比基于事件的低,两者有显著差异[20]。另Mantyla认为老年人对典型线索反应优于非典型线索，而年轻人无差别，在非典型线索中有明显年龄差异。

2.5其他

语义记忆的结构及其储存的内容随着年龄增长均发生明显变化[21]，老年人对认知任务反应较慢,而回忆任务对反应速度无影响,说明老年人信息提取较年轻人快，但需要较长时间决定反应。而获得的自主加工不会随年龄增加而减弱;在自传任务研究中发现语义记忆能力有增龄性趋势，和情景记忆相反。

总之，随着世界人口老龄化，记忆障碍的人越来越多，记忆的年龄相关性研究显得尤为重要。这可以让我们较早地发现老年痴呆病人，可通过有关训练和药物等治疗，控制或延缓病情的发展，提高患者的记忆能力和生活质量。同时ER-fMRI作为一种非侵入性的成像技术，能够客观、精确地定位具有特殊反映的功能脑区，指导外科手术治疗，因此在现代神经科学尤其是认知神经科学领域得到了广泛地应用。

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