注意缺陷多动障碍执行功能缺陷：基于Stroop效应的fMRI研究

刘加成，储 兴，邢 炯

（1．江苏省分子影像与功能影像重点实验室 东南大学附属中大医院放射科，江苏 南京 210009；2．无锡市第三人民医院，江苏 无锡 214001）

目前注意缺陷多动障碍 （Attention deficit and hyperactivity disorder，ADHD） 的病因并不清楚，但大多数研究者认为执行功能缺陷是ADHD的核心缺陷，其中最主要的是Barkley提出的执行抑制模型[1]和Sergeant提出的认知能量模型[2]。执行功能是对感觉、理解、运动、注意和记忆等一般认知过程进行控制和调节，以灵活、优化的方式实行一个特定目标的认知过程[3－6]。有关ADHD的神经科学研究主要集中在执行抑制缺陷，虽然各项研究中病例的年龄、病程和是否应用药物治疗等方面存在差异，结果也并不完全相同，但阳性发现相对集中在额叶、扣带回和基底节等区域，认为ADHD患者的额叶－纹状体回路功能失调，不能征调相关的功能区完成此类任务[5]。近来研究显示，ADHD病儿在进行执行功能相关任务时，额叶等脑区存在激活增强[7－9]。这些证据提示ADHD病儿缺少执行功能处理技巧，执行效率较为低下，需要征调更多脑区或更强脑激活才可能完成相关的任务[2，10]。

因此，我们提出假说，认为存在与执行功能及执行效率相关的脑激活区，在这些脑区，ADHD病儿的脑激活量对应的行为学效应量低于正常对照。在前期研究中，我们通过建模Stroop色词任务反应时与脑激活，可以分析脑功能区的行为学效率。本研究拟通过Stroop色词范式和这一分析方法探讨ADHD病儿执行功能相关的脑机制，验证上述假说。

1 资料与方法

1．1 研究对象

病例组，13名ADHD男性患儿，年龄11～17岁，均接受正常同龄人教育；对照组，13名年龄与受教育程度均与患儿匹配的正常男儿。所有被试患儿母语均是汉语，无色盲、色弱，中文问卷确定均为右利手。ADHD的诊断由临床精神科医生根据DSM－Ⅳ诊断。所有病人及监护人被告知实验过程，并签署知情同意书。

1．2 心理学过程

所使用的Stroop色词任务是中文版三色Stroop色词范式。分两组测试，每组测试由160个任务试次，每个试次呈现持续3 s。每个试次由两部分组成，前1．5 s是刺激部分，在黑色背景上显示汉字“红”、“绿”或“蓝”，所呈现汉字字体的颜色是红、绿或蓝色中的一种，后1．5 s时在黑色背景上显示白色的“+”，“+”目的是为了使被试保持注意。被试要求对前1．5 s显示的汉字字体的颜色命名，并做出相应的按键反应。两组任务，一组是高冲突任务，是由112个一致性试次和48个不一致试次组成；另一组是高策略任务，由52个一致性试次和108个不一致试次组成。

在实验前让被试熟悉行为学范式及实验过程。实验过程中，要求被试对每次呈现的汉字，尽可能快而准确的做出反应，忽略汉字的词义而对字体的颜色做出命名，并按动相应的反应键。被试使用右手食指、中指和左手食指按键。为消除因左右手不同手指按键速度不同对反应时间记录的影响，随机制定按键与Stroop范式中字体颜色的对应关系。

1．3 MRI数据采集

扫描设备使用Siemens Trio 3－Tesla MR扫描仪。功能数据扫描采用EPI序列，轴位扫描，扫描参数：TR 1 500 ms，TE 30 ms，翻转角 90°，层厚 3．0 mm，层数 24，像素 64×64，视野 220 mm×220 mm。 扫描范围覆盖整个脑，扫描顺序为从颅底至颅顶，隔层扫描。扫描与心理学测试同步。

1．4 数据分析

对行为学数据，分析ADHD病儿与正常对照儿童的反应正确率的差异。去除错误反应任务，比较两种条件下ADHD病儿与正常对照儿童执行两种任务反应时间的差异。考虑个体差异引起的行为学数据的随机效应，应用线性混合模型（线性随机效应模型）建模，方差分析（Analysis of variance，ANOVA）检测行为学差异。

功能数据先依据一般的预处理过程进行处理，之后去除错误反应对应的影像。以t检验推断病例组与对照组在高冲突以及高调整条件下执行不一致任务的脑激活差异。进一步依据Liu等[11]方法建立模型，计算反应时间对应的脑激活的效应量，比较病例组与对照组在两种调整条件下执行不一致任务的效应量b1，经t检验确定执行效率存在差异的脑功能区，并比对脑激活和效应量的组间差异图，发现重叠区。

2 结果

2．1 行为学结果

两组被试行为学结果，ANOVA分析显示病例组与对照组的反应正确率无显著性差异（P＞0．05）。

去除反应错误试次，对反应正确试次进行行为学分析。病例组、对照组执行高冲突不一致任务的反应时间分别为 0．75 s （SD=0．26 s） 和 0．704 s （SD=0．200 s），执行高调整不一致任务的反应时间分别为0．78 s（SD=0．2 s）、0．67 s（SD=0．20 s）。 随机效应模型22×2（群组×调整条件一致性）ANOVA分析，结果显示不同调整条件，任务一致性之间有统计学差异（P＜0．000 1）， 两组被试之间无独立效应差异 （P＞0．05），但群组与调整条件、任务的一致性之间均有交互作用（分别为P＜0．02、P＜0．000 1），任务调整条件与一致性之间也存在交互作用（P＜0．001）。分别比较病例组与对照组在不同调整条件下执行不一致任务的反应时间的差异，显示病例组反应时间均高于对照组（高冲突不一致：t887=2．58，P=0．01；高调整不一致：t2080=12．12，P＜0．000 001）。

2．2 影像学结果

执行高冲突不一致任务时，与对照组相比，病例组在前额叶、颞叶、顶叶、小脑有异常激活区（图1，FDR＜0．05）；在执行高调整不一致任务时，病例组在额叶、顶叶、颞叶、基底节区及小脑等脑区的激活较对照组增高（图 2，FDR＜0．05）。 而经全脑 FDR 矫正后，未检出低激活区。

负效应量绝对值越大，对应效率越高，即一定脑激活量对应更快的反应，正效应量绝对值越大，对应效应量越小。基于体素的分析显示多个脑区效应量存在差异如表 1 所示（P＜0．001，体素＞10），提示病例组在各检出脑区效率减低。与病例组－对照组的激活图比较发现，右侧背外侧前额叶（MNI=－36，42，33）在执行高调整不一致任务时有重叠区域（图3a），前部扣带回（MNI=0，52，9）在执行高冲突不一致任务时有重叠（图3b）。

图1 执行高冲突不一致任务时，病例组脑激活区域高于对照组（FDR＜0．05，体素＞10）。 图2 执行高调整不一致任务时，病例组脑激活区域高于对照组（FDR＜0．05，体素＞10）。Figure 1. The regions exhibiting higher activities in the patients compared with the healthy controls during the high－conflict incongruent tasks(FDR＜0．05,cluster size＞10)． Figure 2. The regions exhibiting higher activities in the patients compared with the healthy controls during the high－adjustment incongruent tasks(FDR＜0．05,cluster size＞10)．

表1 脑激活效应量存在组间差异脑区

图3 执行不一致任务时，脑激活与脑效应量均有组间差异的重叠区。图3a：执行高冲突不一致任务时重叠脑区；图3b：执行高调整不一致任务时重叠脑区。Figure 3. The clusters overlaying the regions with group differences of activitiesand efficienciesduring the incongruent tasks．Figure 3a:the overlay during the high－conflict incongruent tasks;Figure 3b:the overlay during the high－adjustment incongruent tasks．

3 讨论

Stroop任务的执行体现了人脑在执行控制中自上而下的调整机制，Stroop效应可作为效应器测试被试的执行功能的调整机制。从行为学上看，ADHD病儿在执行高冲突、高调整条件下一致、不一致任务的反应时间均长于正常对照组。值得关注的是，与正常对照组任务的调整条件和任务的一致性之间存在显著交互作用，而ADHD组两种因子间无交互作用，即在执行高调整条件下不一致任务的反应时间没有缩短，说明在刺激呈现过程中根据刺激内容调整并保持注意定势的能力弱，在行为学上表现为执行功能低下[6，12－13]。

本研究显示ADHD病儿在执行不一致任务时，在Stroop任务执行中起了重要作用的脑区包括前扣带回、背外侧前额叶、外侧额回等，以异常激活为主。Banich等[12]的研究也有类似发现，ADHD病儿以右侧额中回、扣带回及颞叶、枕叶多个脑区存在较大区域的异常激活，而仅有左侧额中回存在小片区域的激活减低。多项研究显示强迫症病人和抑郁症病人完成执行功能任务时额叶以异常激活为主[14－17]。可能的解释是这些病人需要调动更多的额叶脑区完成相关任务[2]。背外侧前额叶与前扣带回作用不同，背外侧前额叶在自上而下的执行控制过程中起重要的作用，而背侧前扣带回参与冲突应答的过程。在高冲突任务中，对冲突的应答可能是执行任务的瓶颈[18]。本研究数据显示，ADHD病儿在执行高冲突条件不一致任务中，背侧前扣带回表现为高激活和低效率，可能提示ADHD病儿的冲突应答缺陷。而在执行高调整不一致任务中，任务的冲突性降低，背侧前扣带回瓶颈作用减低，而背外侧前额叶参与的自上而下的执行控制作用更为突出，影响任务的完成，本研究中ADHD病儿表现为外侧额叶异常激活而效率减低，可能也反映了ADHD病儿自上而下执行控制功能的缺陷。

另一方面，和本研究结果类似，Banich等[12]也发现ADHD病人在执行不一致任务时的行为学－脑激活分离，即相比于对照组，病例组脑激活区域较多，而执行任务的正确率较低。我们通过反应时间相关分析发现，无论病例组还是对照组，在执行高冲突不一致任务时，前部前扣带回区域活性越高，反应越快，即执行效率越高。但ADHD组病儿前部前扣带回的激活与反应时间的相关系数的绝对值低于对照组，说明ADHD病儿的执行效率低下，也提示ADHD病儿需要更强的激活才能达到对照组的执行效率[2]。

此外，本研究还在ADHD病儿顶叶、颞叶、丘脑、基底节、小脑等区域检测到异常激活区。强迫症病人在执行Stroop任务时，小脑也有异常激活出现。Stroop任务需要调用视觉、运动等多项功能，小脑激活和运动调节有关。这些异常激活也说明病人在完成任务时需要更多更强的征调脑的相关功能区。其他研究显示ADHD病人在不同执行功能相关任务中，顶叶既可能是异常激活，也可能是激活减低。如在N－back任务中激活异常减低[19]，在数字广度任务中激活异常增高[9]。这可能是受任务管理调控所致，不同任务表现不同的活性。

综上所述，可以认为ADHD病儿执行功能相关脑功能区存在异常激活或激活减低，但执行控制和冲突应答的核心区域前额叶多个功能区效能减低，需要征调更多的脑功能区或是更强的活性，才能够完成相关的执行任务。当然，本研究的纳入样本量较小，统计效能有限，难以对脑功能不同任务态和分组间的交互作用进行有效的分析。