基于近红外光学成像技术的汉字书写功能激活模式研究

发布时间：2020-03-27 19:35

【摘要】：研究目的:书写是人类掌握的区别于其他动物的一项重要技能。作为一项通过后天学习获得的技能,书写过程是集合了空间视觉、肢体运动及运动感觉等多种功能的复杂过程。通过书写,我们能够将字义-字形信息通过字形-运动轨迹转换而投射到2D空间上。然而在神经外科临床实际工作中,当肿瘤累及重要功能区时,为了最大程度地安全切除肿瘤来改善患者的预后,我们往往只关注患者的语言功能区及运动功能区。然而人类对于书写功能的神经机制不甚了解,因此它并未临床医生引起足够的重视。目前已有少量研究应用功能性核磁共振技术探讨了书写功能的神经机制,但仍未有针对汉字的书写功能研究。本研究拟通过功能性近红外光学成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)探究在汉字书写在语言优势半球激活模式。研究方法:招募健康受试者20名,右利手,汉语母语,受试者均无神经系统疾病、无语言障碍。详细向受试者说明本实验目的及流程,签署知情同意书。本研究获天津医科大学总医院伦理委员会批准。采用fNIRS检测20个被试进行汉字书写时大脑皮层激活模式,以探究汉语言书写与拉丁文书写大脑激活模式的差异;并探讨不同书写任务下(如:笔画数、词频不同),激活模式是否存在差异。研究结果:(1)20例受试者均顺利完成实验,无不良反应发生。进行书写任务时,初级感觉皮层、体感联合皮层、初级运动皮层、辅助运动区、中央前回背外侧区、Broca’s区、角回及缘上回等均被激活。(2)书写任务同画圈任务比较时,书写任务特异性激活的区域包括:初级感觉皮层、体感联合皮层、初级运动皮层、辅助运动区、Broca’s区及缘上回等。(3)书写高频率、低笔画数且含有错字的汉字词组同高频率、低笔画数汉字词组任务的比较,结果发现前者特异性激活的区域包括:体感联合皮层、初级运动皮层、Broca’s区三角部;书写高频率、高笔画数汉字词组同高频率、低笔画数汉字词组任务比较,结果发现前者特异性激活区域包括:体感联合皮层、初级运动皮层;书写低频率、高笔画数汉字词组同高频率、高笔画数汉字词组任务比较时,结果前者特异性激活的区域包括:中央前回背外侧区、缘上回及初级感觉皮层。研究结论:(1)fNIRS探究汉字书写功能激活模式的研究证实了fNIRS在汉字书写功能探究领域的可操作性、安全性和无创性。(2)基于fNIRS技术的汉字书写功能激活模式结果提示:进行汉字书写任务时,初级感觉皮层、体感联合皮层、初级运动皮层、辅助运动区、中央前回背外侧区、Broca’s区、角回及缘上回等均被显著激活。(3)将高频率、低笔画数且含有错字的汉字词组同高频率、低笔画数汉字词组任务比较,汉字可能以词组的形式存储在大脑皮层内,其可能位于体感联合皮层内,即顶内沟与中央后沟交叉的大脑皮层;而书写低频率、高笔画数汉字词组同高频率、高笔画数汉字词组任务比较,缘上回可能与汉字词频相关。我们需要通过进一步实验验证其正确性。(4)fNIRS探究汉字书写功能激活模式的研究与先前基于fMRI研究所得结果较一致,证明fNIRS在探究汉语言书写功能方面具有较高的可行性及可信度,能够成为探究汉语言书写功能的新方法。
【图文】：

毕业论文,脑成像,光学纤维,头架

LABNIRS近红外光谱脑成像仪系统A.LABNIRS近红外光发生器；B.光学纤维；C.头架

实验流程

视觉书写任务分为书写任务及控制任务，其中书写任务分为书写高频双字错词、高频率高笔画双字词、高频率低笔画双字词和低频率高笔；控制任务为出现图片刺激时画圈。在实验正式开始前，受试者先进待熟悉实验流程后，实验正式开始。任务开始时，先采集20s受试者处于安静状态下的脑皮层血氧水平作为用E-Prime 2.0 先在屏幕中央呈现“+”（14s），此时受试者需全身放松地。紧接着随机出现刺激图片（2s），然后当受试者听到“bi”的提示试者开始迅速准确地书写图片中呈现的双字词（6s），具体实验流程如，整个实验过程约26分钟，，图3所示为应用fNIRS探究汉字书写功能激意图。其中进行任务组书写时，受试者需尽可能保持手腕和胳膊静止体多余活动而带来的误差；含有错字组书写时，受试者并不需要改正只需将所呈现的错字写出即可；控制任务组画圈时，受试者需全程匀。而图片呈现顺序的随机，并不是真正意义地的随机，而是一种伪块内完全随机，组间伪随机。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R338

【参考文献】