运动意向形成、执行与抑制的神经机制

来源 :南方医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:rj1340
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目的运动意向(motor intention)是一个先于或在运动过程中产生的内部目标。意向运动有别于反射运动,是指该运动产生的时间、执行方式及产生的结果符合某人的目标,且执行者能够意识到对运动的控制。近几十年来,意向运动的实验研究产生了重要成果,其中,神经影像学、电生理学的进步为其神经机制研究提供了有效方法。为研究方便,运动意向分解为内容(what)、时间(when)及是否(whether)执行三种成分。内容成分是指自由选择做何动作,包括运动肢体的选择及任务规则的选择;时间成分是指自由决定何时完成动作;自由决定是否执行运动则为whether成分。既往人们主要集中对前两种成分的研究。是否执行由于受到方法学的限制,较少被关注。与根据外部刺激提示而停止执行动作的“反应抑制”成为对比,Libet于20世纪80年代提出人可以自由抑制运动,即不依赖外部刺激、仅仅依据内部目标的需要而终止执行动作,这种抑制方式比前者更贴近实际生活,但其神经机制知之甚少。先前研究表明,额叶是参与反应抑制的重要脑区,尤其是右额下回扮演了重要的角色。最近的神经功能影像学研究表明,左内侧前额在自由抑制时比自由反应时活动增强,提示该区是参与自由抑制的重要脑区。实验证据提示自由抑制的神经机制既有别于反应抑制,也不同于自由运动。自由抑制包括两种早期和晚期两种形式:前者抑制的是尚未准备好的运动;后者终止已经准备好的运动。目前还不清楚早、晚期抑制的机制是否相同。事件相关电位(event-related potentials, ERP)的时间分辨率可精确到毫秒,可用来揭示相关神经过程的动态信息。本研究采用一个两阶段线索Go/NoGo范式结合ERP的优势,试图探索运动意象的形成、执行与抑制过程,特别是自由抑制的神经机制。我们预测:(1)自由抑制和自由反应有不同的ERP表现,自由抑制具有更强的内部控制。(2)早期的自由抑制和晚期的自由抑制的ERP可能涉及不同脑区。方法招募16名在校大学生,实验前均获取知情同意,其中2人数据因眼动和技术原因被剔除。余下的受试平均年龄24.79±3.22岁(21-31岁),其中女性7名,右利手,无神经系统疾病、重大内科疾病及精神障碍病史。所有受试视力或矫正视力正常。所有受试完成约1小时实验任务获得¥40元报酬。采用两个阶段的Go/NoGo范式。通过显示器呈现灰色或彩色的字母和符号。第一阶段为意象形成阶段,受试根据呈现的准备线索而准备好反应方案:(1)灰色<<<<或>>>>示准备左手/右手按键;(2)灰色<◇>示自由决定反应侧;(3)灰色****示无需做任何反应准备。第二阶段为意象执行阶段,受试根据执行线索完成不同反应:(1)绿色OOOO示执行先前准备好的反应,(2)红色XXXX示放弃先前准备好的反应,(3)蓝色OOOO示自由决定按键与否。每个线索呈现500 ms,刺激间隔1250 ms。各种实验条件组合按随机顺序出现。一共包含1200个试验。运用国际标准19通道的事件相关电位(event-related potentials, ERP)系统连续记录EEG和行为绩效。分析刺激前100 ms至刺激后1250 ms数据,以刺激前100 ms时段数据为基线。自动拒绝伪差的阈值设为70μV,平均叠加手工剔除眼动和其他伪差后的EEG片段获得ERP。行为学数据通过SPSS13.0软件进行分析,反应时作3(What:指令性,自由性,对照)×2(Whether:指令性,自主性)重复测量方差分析。ERP数据通过同一系统的统计程序分析。意向形成阶段的ERP行单因素三水平(What:指令,自由,控制)重复测量方差分析。对执行/抑制阶段的ERP行2(自由度:指令/自由)×2(执行:反应,抑制)双因素重复测量方差分析,进一步比较采用配对t检验。显著性水平设为a=0.05。ERP统计结果以统计参数映像(statistical parametric mapping, SPM)方式呈现。结果1.行为绩效自主决定的情况下受试决定反应总的比例为57.2%(38.6%~79.8%),其中左手29.6%(20.2-41%),右手27.6%(21~40.5%)。“What”主效应显著,F(2,26)=23.706,p=0.000,“Whether”主效应显著F(1,13)=13.289,p=0.003,两者的交互效应也显著,F(2,26)=8.262,p=0.002。2.ERP总平均波形及SPM(1)意向形成阶段。SPM(F)显著效应脑区包括:双侧前额及枕区(140-180ms),额顶中央区(220 ms),双侧前额泛化至广泛额顶网络(260-300 ms),右侧颞顶部扩散至双侧颞顶区(340-500 ms)和额顶中央区在双额部(150-200 ms)、广泛额顶部和右侧颞区(300-700 ms)。指令反应与自由比较的SPM(t)的显著脑区包括:双侧前额(140 ms),然后双侧顶部(180 ms),左侧后顶部(220-260 ms),广泛额顶部(300 ms),双侧枕部向前扩散顶枕区(偏向左侧,340-500 ms)。(2)意向执行/抑制阶段。晚期抑制SPM(F)示双侧前额(220-260 ms)及枕部(340-380 ms)交互效应和自由度主效应显著,执行主效应在广泛的额顶枕区有显著性(220-260 ms,340-420 ms,580-700 ms)。SPM(t)自由抑制与自由反应差异显著的脑区是左侧前额及中央区(140-200 ms),广泛额顶部(300-400 ms)。SPM(F)提示早期自由抑制的脑区与晚期抑制相似。SPM(t)示自由抑制与自由运动差异显著脑区包括右侧额顶区(300-400,500-740 ms)。结论(1)意向形成阶段与先前文献一致:背外侧前额参与What意向的加工。(2)晚期主动抑制主要涉及左侧前额(比What意向加工所涉及脑区更前),这与功能磁共振研究文献一致,表明主动抑制需要更多脑区的参与来加强认知控制。(3)早期主动抑制主要涉及右侧额顶部。(4)自由抑制诱发出类似于反应抑制的NoGo P3成份,涉及多个脑区:双侧前额,顶部,中央区及部分枕部。
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