注意是指对客观环境或主观意识的某一方面进行准备与选择的过程,是认知科学的中心主题。因为人脑只能同时处理有限的信息量,因而在日常生活中必须适当的对信息进行选择处理。随着神经心理学和神经影像学等研究技术的不断进步,注意的研究可以导致教育和认知训练等方面的革新。此外,许多神经精神疾病,如注意缺陷多动障碍、精神分裂症等,往往伴随注意能力的缺陷,因此,对注意的神经基础的研究也有助于揭示相关疾病的发病机制。注意包含不同的维度和特征。以往大量疾病和功能成像研究表明注意网络可分为警觉、定向和执行控制三个子网络,各有特定的解剖区域和生化机制。警觉是指维持一个灵敏状态以接受信息的传入,定向是指从传入的感觉中选择信息,执行控制是指解决反应中的冲突。然而,由于注意理论上的不一致以及脑成像模态的多样化,使得目前对注意功能的脑结构和功能基础仍然存在许多争论,这极大地阻碍了认知科学的发展。本研究借助于功能磁共振成像、弥散张量成像和结构磁共振成像等多模态脑成像方法,系统全面的研究注意功能的神经基础。研究结果表明注意的子网络与任务状态下的脑功能连接、白质各向异性和皮质厚度等指标均存在显著联系。本研究因而有助于我们从多种角度深入认识注意的神经机制。第一部分：任务状态下的脑功能连接影响注意的执行控制目的：执行控制功能是注意功能的一部分,是涉及行为调节、语言、记忆和情绪等高级的认知过程。本研究探讨执行控制过程中正常人大脑前扣带回与其它脑区之间的功能连接状况,及功能连接与注意网络测试行为学表现之间的关系。材料与方法：20例17～20岁的健康男性志愿者进行3.0T功能磁共振扫描,采用注意网络测试作为实验范式,注意网络测试能在单一的任务实验中提供警觉、定向和执行控制三种注意子网络功能的行为学数据。利用SPM进行数据预处理,分析执行控制网络激活的脑区,并计算前扣带回与背外侧额前皮质之间的功能连接,然后与注意网络测试的行为学得分做相关分析。结果：受试者的平均反应准确率达到95.4%,表明注意网络测试易于理解且数据可信。他们的执行控制和平均反应时间之间存在显著相关(r=0.58；P<0.01),警觉、定向和执行控制三个网络得分无相关性。执行控制网络激活的区域主要包括：前扣带回、额中回、额上回、丘脑等。在执行控制过程中,背侧前扣带回与两侧的背外侧额前皮质之间存在显著的功能连接,但只有左侧的背侧前扣带回与左侧的背外侧额前皮质之间的功能连接系数与执行控制的行为学得分存在显著负相关(r=-0.627；P<0.01),控制年龄、平均反应时间和准确率作为协变量。全脑功能连接分析也发现其他注意相关的区域与背侧前扣带回存在显著的功能连接,特别是左侧,主要包括两侧的缘上回、辅助运动区、岛叶和皮层下核。结论：注意的警觉、定向和执行控制三个子网络的行为学得分互不相关,表明它们三个是独立的网络系统。背侧前扣带回与背外侧额前皮质之间存在功能连接,并对注意的执行控制功能存在有利的影响,这有助于我们理解注意功能中相关脑区的功能整合作用。第二部分：注意三个子网络与后顶叶灰、白质的关系目的：神经心理学和功能影像学研究发现人脑后顶叶是行使注意功能的关键脑区。一般来讲,后顶叶涉及三个明确的认知功能：空间感知、视觉运动转换和视空间注意。警觉、定向和执行控制包含了后顶叶的这些功能,并且将不同的注意组分整合为一个完整的系统。注意的解剖结构基础,尤其是后顶叶的功能目前仍存有争论,这一方面说明注意功能的复杂性,另一方面也说明后顶叶各个分区参与了不同的注意亚功能网络。本研究即借助弥散张量成像和结构磁共振成像方法,调查后顶叶各个亚区皮质与皮质下的白质特性与注意功能的关系。材料与方法：我们收集了36位(男性22名)健康青少年的的磁共振和弥散张量成像数据。受试者男女之间的年龄和受教育程度无显著差异。本次试验使用注意网络测试的效率得分来检测注意的警觉、定向和执行控制表现。利用蒙特利尔神经病研究所脑成像中心的流程软件提取和配准皮质表面图像,使用牛津大学的FSL处理弥散张量数据。之后利用白动解剖标签模板把每侧的后顶叶分割为五个部分：顶上小叶、顶下小叶、缘上回、角回和楔前叶。计算出每个分区的皮质厚度、表面积和白质参数,并与行为学数据做相关分析。我们还使用基于纤维束的空间统计方法进行体素为基础的白质相关分析。最后,我们对相关的白质区域做概率纤维追踪,以明确其纤维联系。结果：注意的行为学表现和后顶叶皮质以及皮下结构的联系表现在多个水平：首先,我们发现右侧顶下小叶的皮质厚度、白质完整性与定向表现有关。概率纤维追踪揭示连接双侧顶下小叶的白质的完整性介导了注意的定向功能；其次,执行控制得分与右侧缘上回的白质参数存在明显相关；最后,基于纤维束的空间统计发现警觉功能与连接右侧丘脑和辅助运动区的白质区域的各向异性存在显著关联。结论：本研究首次利用多模态成像揭示了后顶叶各个分区的灰、白质特征与注意的三个子网络存在关联。这使我们对后顶叶参与视空间注意的神经机制有了更完整的认识。第三部分：白质各向异性侧化及其与注意功能的关系目的：人脑半球间存在着结构和功能的不对称性。相对于结构磁共振成像,弥散张量成像技术可以获得更多纤维微结构信息,因而被广泛用于白质侧化性研究。然而以往图像分析方法存在着诸多局限性,并且白质侧化与认知功能的关系目前仍然知之甚少。因此本研究的主要目的是利用弥散张量成像分析人脑白质的侧化,并研究其与注意功能的关系。材料与方法：我们招募15-19岁健康青少年志愿者59例(男31例,女28例),利用注意网络测试评价其警觉、定向和执行控制能力,并获取他们的脑弥散张量图像。利用FSL软件对图像进行预处理,采用基于纤维束的空间统计方法来研究白质区域侧化,所有受试者经过对称处理后的白质骨架图做左右翻转并与原图像相减,得到骨架侧化差异图。使用FSL随机化程序进行非参数的单样本t检验来分析骨架的侧化性。最后统计检验侧化和注意功能(警觉、定向和执行控制)的关系。结果：许多白质区域存在着明显的侧化,包括左侧化(左>右)的前扣带束、皮质脊髓束和大脑脚,右侧化的内囊、上纵束和后辐射冠,以及同时存在左右侧化的胼胝体和前辐射冠。进一步的研究发现额下区前辐射冠的左侧化与执行控制能力显著负相关；群组概率纤维追踪证实相关的纤维束来自下额枕束。下额枕束连接腹侧注意系统的关键脑区——下额叶和颞枕叶,该区白质损伤与精神分裂症和脑创伤后的执行能力下降有密切关联。我们的研究同时发现警觉和定向功能与白质各向异性侧化没有显著关联。结论：我们首次采用基于纤维束的空间统计方法来研究白质侧化,并分析了其与注意各个组分的关系。研究揭示人脑半球白质存在大量的侧化现象,其中额下区前辐射冠的左侧化降低注意的执行控制能力。我们推测认为人脑白质左右对称性有利于高级认知活动的完成,尤其是该认知功能涉及两个大脑半球时。