注意网络功能与左侧额顶环路的经颅磁刺激研究①

徐光青，兰月，赵江莉，陈正宏，何小飞，黄东锋

注意网络功能与左侧额顶环路的经颅磁刺激研究①

徐光青1，兰月2，赵江莉1，陈正宏1，何小飞1，黄东锋1

目的 探讨注意网络功能与左侧额顶环路的关联性。方法健康受试者60人按照性别匹配原则分为顶叶组和额叶组。对左侧背外侧前额叶和后顶叶区进行持续短阵快速脉冲经颅磁刺激后，进行注意网络测试和网络效率评价。结果两组不同提示状态和靶刺激类型的平均反应时均无显著性差异。顶叶组警觉网络效率增强(P＜0.05)，额叶组警觉网络效率增强(P＜0.05)，定向网络效率受损(P＜0.05)。结论左侧额顶环路神经活动抑制可以提高视空间注意警觉网络效率。

空间注意网络；额顶环路；持续短阵快速脉冲经颅磁刺激；神经抑制

[本文著录格式]徐光青，兰月，赵江莉，等.注意网络功能与左侧额顶环路的经颅磁刺激研究[J].中国康复理论与实践, 2013,19(11):1020-1023.

视空间注意是一项基本神经功能，基于广泛范围的脑神经网络系统包括皮层和皮层下各段。Posner等提出，视空间注意网络作为一个特别的系统，在脑内有其特定的神经解剖和功能区域，包括3个功能相对独立的网络成分：警觉(alerting)、定向(orienting)和执行控制(executive control)网络[1-2]。基于此理论，Fan等设计了注意网络测试(Attention Network Test,ANT)任务[3]，可以有效地测验注意的警觉、定向和执行控制网络功能。识别物体的空间位置关系及其空间运动的神经基础与额顶环路有关[4-6]，被称为Where通道。大量研究认为，右侧额顶环路可能是空间注意功能的关键脑区，而对左侧额顶环路关注较少。有研究显示，左侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)对视空间注意过程的调控是维持其正常认知过程的关键[7]。我们使用一种新型的抑制性重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术，持续短阵快速脉冲经颅磁刺激(continuous theta burst stimulation,cTBS)，诱导可逆的左侧额顶环路局灶性脑损害模型[8-9]，采用ANT任务进行评价，以了解左侧额顶环路在视空间注意过程中的角色和关联机制。

1 对象与方法

1.1 研究对象

在中山大学中山医学院2～4年级本科生中招募志愿者60人，男女各半。按照性别均衡原则分为：①顶叶组30人，年龄19～22岁，受教育时间14～16年；②额叶组30人，年龄18～22岁，受教育时间14～16年。受试者所修专业均非心理学，均为右利手，裸眼视力或矫正正常，无色盲，无器质性或功能性神经系统疾病，没有服用抗精神药物及滥用药物史，没有精神性疾病家族史，并严格排除癫痫发作史和家族史，参加本试验前均未接触过类似实验。

研究通过了中山大学附属第一医院临床研究伦理委员会的批准，所有受试者在研究前均签署知情同意书。

两组受试者在年龄、性别、受教育时间以及利手等方面均无显著性差异(P＞0.05)。

1.2 rTMS干预

1.2.1 实验仪器 采用Yiruide CCY-Ⅰ型经颅磁刺激器(中国武汉依瑞德医疗设备技术有限公司)，最大输出刺激强度3 T。使用大“8”字形线圈，单线圈直径7 cm。

1.2.2 运动阈值测定 受试者舒适地坐在靠背椅上，自然放松。在肌肉静息状态下，肌电记录电极放置在右侧拇短展肌肌腹处，记录运动诱发电位。“8”字形线圈放在头顶左侧方4 cm处，由较小刺激强度开始，逐渐增加刺激强度，直至诱导出明显的拇指外展活动。然后每次移动线圈0.5～1 cm，直到找出能够诱发最大波幅和最短潜伏期的适宜刺激部位(即M1区，连续5次刺激)；逐渐减小刺激强度，连续10次刺激中有至少5次能引发右侧拇短展肌运动诱发电位至少50 μV的最小刺激强度即为运动阈值(motor threshold,MT)。

1.2.3 刺激方案 采用cTBS刺激方案[8]，200 ms重复1次，每次连续刺激3个脉冲，刺激频率50 Hz，每秒15个脉冲，共600个脉冲，约40 s完成刺激。刺激强度80%MT。

额叶组选择左侧DLPFC为刺激位点(采用国际EEG 10/20标准的F3点)，顶叶组选择左侧后顶叶(posterior parietal cortex,PPC)为刺激位点(采用国际EEG 10/20标准的P3点)。线圈采取无框支架固定。额叶刺激时，受试者取仰卧位，线圈手柄朝向后；顶叶刺激时，受试者取右侧卧位，线圈手柄朝向前。真刺激时，刺激线圈与头皮平行(相切)；假刺激时，刺激线圈与头皮垂直。

1.3 注意网络测试

采用ANT范式[3]。注视点为屏幕中心处“＋”，提示信号为“*”，靶刺激为中间位置的箭头。提示信号包括4种条件：无提示状态，中心提示状态，双重提示状态和空间提示状态。双重或空间提示时，提示信号出现的垂直视角为5°。靶刺激包括3种条件：单个靶，方向一致靶和方向不一致靶。靶刺激出现位置的垂直视角为1.06°，靶刺激箭头水平长度视角为0.58°，箭头间距视角为0.06°，靶刺激与周围箭头总的水平长度视角为3.27°。

试验程序包括5个事件：①屏幕中心呈现注视点“+”400～1600 ms；②呈现暗示100 ms；③呈现中心的注视点400 ms；④靶刺激呈现，当被试者按键反应后靶刺激立即消失，但不超过2700 ms；⑤屏幕中心呈现注视点。每个试验程序总时间约4000 ms。

实验在安静、暗光的房间内进行，应用E-prime实验软件编程，采用联想电脑、17英寸屏幕呈现刺激。受试者舒适地坐在刺激屏幕前约65 cm。整个实验总计312轮试验，共约30 min。其中练习24次，每次对刺激反应后均有是否正确的反馈；正式实验288次，分为3个阶段进行，中间休息5 min，对刺激反应后没有反馈。每个模块的刺激为96次(4暗示类型×2靶刺激位置×2靶刺激方向×3箭头类型×2次重复)。

各组受试者随机接受cTBS真假刺激，并间隔3 d。每次进行cTBS干预后即刻进行ANT任务测试。

1.4 数据分析

对靶刺激的反应总错误率(包括判断错误、漏判断以及反应时过长和过短)超过20%的实验模块不计入分析，每次错误反应和反应时超过1500 ms或少于200 ms的数据删除[3]。

注意网络效率计算：

警觉网络效率=无提示条件反应时－双重提示条件反应时

定向网络效率=中心提示条件反应时－空间提示条件反应时

执行控制网络效率=方向不一致的靶刺激条件反应时－方向一致的靶刺激条件反应时

网络效率比率=网络效率/个体总平均反应时

通过个体总平均反应时的加权处理，网络效率比率更加稳定，能够更好反映受试者的功能状态。

1.5 统计学分析

采用SPSS 17.0进行统计分析，采用2(DLPFC和PPC)×2(真刺激和假刺激)两因素混合设计方差分析(Two-way mixed-model ANOVA)和简单效应分析检验。双侧检验，显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 平均反应时

对于不同提示状态和靶刺激类型下，平均反应时因素间的交互作用均不显著(P＞0.05)；刺激位置(P＞0.05)和刺激类型(P＞0.05)主效应不显著。见表1。

2.2 注意网络效率及其比率

定向效率及其比率在刺激位置和刺激类型之间交互效应显著(P＜0.05)，刺激类型(P＞0.05)和刺激部位(P＞0.05)主效应均不显著。简单效应分析显示，额叶真刺激后，定向网络效率(t=2.184,P＜0.05)及其比率(t=2.36,P＜0.05)降低；顶叶与额叶真刺激后，定向网络效率(t=2.106,P＜0.05)及其比率(t=2.014,P＜0.05)有显著性差异。

警觉效率及其比率交互效应不显著(P＞0.05)，刺激部位主效应(P＞0.05)不显著，而刺激类型主效应显著(P＜0.05)。简单效应分析显示，顶叶真刺激后，警觉网络效率(t=2.029,P＜0.05)及其比率(t=2.066,P＜0.05)增大；额叶真刺激后，警觉网络效率(t=2.081,P＜0.05)及其比率(t=2.000,P＜0.05)增大。

执行控制效率及其比率在刺激位置和刺激类型之间的交互作用不显著(P＞0.05)，刺激类型主效应(P＞0.05)和刺激部位主效应(P＞0.05)也均不显著。详见表2。

表1 不同提示状态和靶刺激类型平均反应时比较(ms)

表2 注意网络效率及其比率比较

3 讨论

TMS是一种无痛无创的磁刺激技术，普遍为受试者所接受。大量临床实验显示，正常个体对TMS具有良好的耐受性，不会引起神经、心血管、内分泌和运动、感觉、认知功能等方面的不良后果，刺激前后也没有情绪和神经生理学功能的改变[10-11]。本研究中，所有受试者均顺利完成所有的cTBS刺激干预；有4名受试者出现轻微的头痛、头昏等不适，但没有影响ANT任务的检测；在ANT测试结束后再次询问，头痛、头昏等症状均完全消失。cTBS对左侧额顶环路的脑功能皮层区造成“虚拟损害”后，ANT任务不同提示状态和刺激类型的反应时没有明显变化，提示这种实验性的虚拟损害并不会广泛地干扰大脑皮层的正常活动，可以为视空间注意功能网络的连通性研究提供有价值的工具和方法。

本研究显示，cTBS所诱导左侧DLPFC虚拟损害后，出现警觉功能增强，而定向功能受损；左侧PPC接受刺激后也出现警觉效率增强。

视空间注意认知活动的神经物质基础与额顶环路有关。大家普遍认为，右侧额顶环路可能是空间注意功能的关键脑区，而对左侧额顶环路关注较少。然而，Thut等采用低频rTMS方案与cue-target范式进行研究，提示右侧PPC在视空间注意定向任务中只是辅助角色，而不是关键脑区[12]。也有人研究发现，左侧DLPFC对视空间注意过程的调控是维持正常空间注意认知过程的关键脑区[7]。Posner等认为，视空间注意网络是由解剖和功能相对独立的3个网络成分组成[1]。ANT可以有效地测验这3个注意网络功能效率，并且这些网络之间的行为功能相对独立，而且有对应的脑功能区[13]。

我们在受试者的左侧DLPFC和PPC区分别施加cTBS刺激后，ANT范式测试显示警觉网络效率增强。这与Cho等的研究结果一致[14]。他们对健康受试者左侧DLPFC区进行磁刺激后，发现同侧前扣带回、内侧眶额皮层多巴胺增加，并且与注意功能改变相关。最有意义的解释可能是双侧大脑半球同源脑区间的竞争性抑制和视空间注意具有右侧半球优势的理论：在正常情况下，两侧大脑半球对应的皮层功能区处于相互制约的平衡状态，左侧额顶环路的虚拟损害会导致右侧同源脑皮层活动脱抑制，进而出现警觉功能增强。左侧额叶虚拟损害后出现了定向功能受损，我们推测这可能是TMS经胼胝体远隔效应导致右侧后顶叶的抑制。要很好地解释这一现象，可能还需要进一步临床和功能成像研究。

综上所述，我们发现cTBS诱发的左侧额顶环路神经活动抑制可以提高警觉功能效率。但左侧DLPFC区抑制出现定向功能受损。提示用于治疗时，cTBS刺激靶点选择左侧PPC区可能更安全。

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Involvement of Left Frontoparietal Pathway in Spatial Attentional Function:Study with Continuous Theta Burst Stimulation

XU Guang-qing,LAN Yue,ZHAO Jiang-li,et al.Department of Rehabilitation Medicine,the First Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510080,Guangdong,China

ObjectiveTo explore the role of left frontoparietal pathway in controlling spatial attentional function.Methods60 healthy, right-handed humans(30 males and 30 females)aged 18～22 years were recruited.They were divided into frontal group(n=30)and parietal group(n=30)in accordance with sex for either the left dorsolateral prefrontal cortex or the left posterior parietal cortex stimuli study,respectively.They were measured with the Attention Network Test following the continuous theta burst stimulation to the left frontoparietal pathway.ResultsDuring the Attention Network Test,the efficiencies of alerting network improved in participants after both the left dorsolateral prefrontal cortex and left posterior parietal cortex stimuli.However,the efficiency of orienting network was deficit after the left dorsolateral prefrontal cortex stimuli.ConclusionInhibition of the left frontoparietal pathway may improve the alerting function of spatial attention network.

spatial attention network;frontoparietal pathway;theta burst stimulation;neurol inhibition

R742

A

1006-9771(2013)11-1020-04

2013-01-10

2013-03-11)

1.国家自然科学基金面上项目(No.81071608;No.81372109)；2.中央高校基本科研业务费专项资金(No.12ykpy38)。

1.中山大学附属第一医院康复医学科，广东广州市510080；2.中山大学附属第三医院康复医学科，广东广州市510630。作者简介：徐光青(1970-)，男，汉族，山东济宁市人，博士，副教授，主要研究方向：认知神经科学与脑可塑性。

10.3969/j.issn.1006-9771.2013.11.006