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超重肥胖者与正常体重者食物注意偏向差异的研究

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超重肥胖者与正常体重者食物注意偏向差异的研究

作者：肖新月武汉体育学院

学位级别：硕士

背景随着人们生活环境的日益改善,食物资源极大丰富,肥胖成为了一个流行话题,它带给人们种种生理和心理问题。导致肥胖的因素有很多,其中食物注意偏向可能是导致肥胖的一个重要因素,在美味食物以及食物广告铺天盖地的环境中,对于食物相... 详细信息

背景随着人们生活环境的日益改善,食物资源极大丰富,肥胖成为了一个流行话题,它带给人们种种生理和心理问题。导致肥胖的因素有很多,其中食物注意偏向可能是导致肥胖的一个重要因素,在美味食物以及食物广告铺天盖地的环境中,对于食物相关线索的注意偏向可能引起个体的食物渴望并进一步导致不健康的饮食行为。已有研究所用范式因未能准确测量出注意偏向的三个成分（注意定向加速、注意脱离困难与注意回避）以及对被试饥饿程度控制不统一等原因存在结果差异。相关的脑机制研究很少且未与测量注意偏向的范式相结合。本研究运用改进的外部线索范式探究饱食状态下超重肥胖者与正常体重者之间注意偏向三个成分上的行为学差异,并运用多通道功能近红外光谱（functional Near Infrared Spectrum,fnirs）技术从脑机制层面上进一步分析调节各成分的中介机制。在刺激呈现时间上选择能够测量到三个成分且存在差异的200ms和500ms,同时考察两类个体对高低能量食物线索的注意偏向差异。方法参与实验的共26名超重肥胖被试（M=30.86,SD=5.86）与25名正常体重被试（M=20.46,SD=1.95）。被试年龄在18~30岁（M=23.27,SD=2.51）,其中女性27人,男性24人。正式实验采用改进的外部线索范式分别测量两组被试的反应时,进而计算注意定向得分和注意脱离得分,若得分显著小于0表明存在注意回避。采用单样本T检验计算两组被试具体的注意偏向成分。任务中通过多通道功能近红外光谱技术采集被试前额叶区域20个通道的血氧信号,分别在200ms和500ms刺激呈现时间线索有效条件（与注意定向加速有关）和无效条件（与注意脱离有关）下通过重复测量方差分析计算被试在图片类型和分组上的含氧血红蛋白含量（Hbo）情况。结果行为学结果表明,200ms刺激呈现时间下超重肥胖组的注意定向得分和注意脱离得分与0没有显著差异,正常体重组对高能量食物图的注意定向得分显著大于0,注意脱离得分显著小于0。500ms刺激呈现时间下超重肥胖组被试对低能量食物图的注意脱离得分显著小于0,正常体重组注意定向得分和注意脱离得分与0没有显著差异。fnirs结果表明,在200ms刺激呈现时间线索有效条件下,通道4和通道11图片类型主效应显著,高能量食物图显著高于低能量食物图和中性图,图片类型×分组交互作用显著,正常体重组被试在高能量食物图条件下的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于低能量食物图和中性图。在200ms刺激呈现时间线索无效条件下,通道8、9和10图片类型主效应显著,高能量食物图显著高于低能量食物图和中性图,图片类型×分组交互作用显著,超重肥胖被试在高能量食物图条件下的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于低能量食物图和中性图。在500ms刺激呈现时间线索有效条件下,通道4图片类型×分组交互作用显著,在高能量食物图线索无效条件下,正常体重组被试含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于超重肥胖组被试。正常体重组被试在高能量食物图条件下的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于低能量食物图和中性图。在500ms刺激呈现时间线索无效条件下,通道5图片类型的主效应显著,被试在高能量食物图条件下的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于中性图片,图片类型×分组的交互作用显著,超重肥胖组在高能量食物图上的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高于正常体重组,且超重肥胖被试在高能量食物图条件下的含氧血红蛋白含量（Hbo）显著高低能量食物图和中性图。结论超重肥胖组与正常体重组食物注意偏向存在差异。行为学结果表明正常体重组在200ms刺激呈现时间下对高能量食物产生注意定向加速,随后又产生注意脱离加速。超重肥胖组被试在500ms刺激呈现时间下对低能量食物产生注意脱离加速。在血液动力学层面,200ms刺激呈现时间线索有效条件下正常体重组被试对高能量食物图的眶额叶皮层（通道4和通道11）血氧激活要显著高于低能量食物图和中性图。无效条件下超重肥胖组被试对高能量食物图的和低能量食物图的背外侧前额叶（通道8、通道9和通道10）血氧激活要显著高于中性图。500ms刺激呈现时间有效条件下正常体重组被试对高能量食物图的眶额叶皮层（通道4）血氧激活要显著高于低能量食物图和中性图。无效条件下超重肥胖被试对高能量食物图片的背外侧前额叶（通道5）血氧激活情况高于低能量食物图片和中性图,且超重肥胖组被试对高能量食物图的背外侧前额叶（DLPFC）血氧激活显著大于正常体重组被试。综上所述,正常体重者在面对食物线索时更快探测到高能量食物线索。注意控制相关脑区激活更高,可能有助于其更早的采取对食物的控制策略。正常体重者和超重肥胖者在面对食物线索时均能够快速脱离,但在此过程中超重肥胖者付出更多的认知努力。

关键词：食物注意偏向超重肥胖饮食行为 fnirs

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语义具体性受任务调节的大脑神经机制

语义具体性受任务调节的大脑神经机制

作者：魏乐美陕西师范大学

学位级别：硕士

语义概念知识在大脑中的表征和组织得到了研究者的广泛关注。语义具体性是语义概念的重要属性,对研究语义概念的表征十分重要。具体概念是主要通过知觉定义的概念,能够被各个感官的知觉所体验,概括了有形事物的意义。而抽象概念是不能... 详细信息

语义概念知识在大脑中的表征和组织得到了研究者的广泛关注。语义具体性是语义概念的重要属性,对研究语义概念的表征十分重要。具体概念是主要通过知觉定义的概念,能够被各个感官的知觉所体验,概括了有形事物的意义。而抽象概念是不能够被知觉体验的概念,它的意义产生来自于与其他抽象概念的相关关系。具体概念相较于抽象概念有更高的语义具体性。具体词和抽象词的研究大多识别了它们在认知和神经上的差异,针对二者的差异有许多理论进行解释,总体可以分为两类,一类是特征表征理论,认为具体词之间因为特征相似所以语义距离更近,抽象词与具体词语义距离更远;一类是语义丰富性理论,具体词比抽象词语义丰富性更高。这两类理论合理与否仍没有定论。所以本研究通过两个近红外光谱成像实验(functional near-infrared spectroscopy,fnirs),实验一使用命名任务,实验二使用语义范畴判断任务,对比三种语义刺激类型(抽象词、具体词、图片),探讨语义具体性在颞叶的表征,从而了解具体性差异的理论机制。结果发现,在命名任务中,相对于图片和抽象词,颞下回脑区对具体词加工更加敏感。而颞中回脑区则对高具体性的相同的特征表征加工,表现为具体词和图片的激活大于抽象词。在语义范畴判断任务中,图片刺激比词汇刺激更大激活了部分颞中回和颞下回脑区,但是具体词与抽象词之间没有激活差异。我们在两个任务和任何脑区中都未发现抽象词,具体词和图片随丰富性线性上升的激活模式。综上我们可以看出,本研究结果并未支持具体性差异的语义丰富性理论,其次在阅读和语义任务中语义具体性加工受到了任务的调节,表现出两种任务下,三种刺激类型激活脑区之间的差异,同时能为基于脑科学的阅读障碍的病因探究和治疗提供理论依据。

关键词：语义丰富性特征表征语义具体性 fnirs

扩展的卡尔曼滤波在近红外光谱提取脑血流信号中的研究

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光谱学与光谱分析 2020年第7期40卷 2048-2053页

作者：刘颂阳刘光达刘卓娅邱吉庆蔡靖朱展鹏张程齐远张尚吉林大学吉林长春130061 吉林大学珠海学院广东珠海519041 吉林大学第一医院吉林长春130061

脑血流中的血红蛋白有两种:氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)。这两种血红蛋白在脑血流中浓度的变化可以反应脑部神经活动,提取其浓度变化信号可以为如癫痫病灶定位、抑郁等相关疾病的诊断和治疗提供依据和参考。目前,使用近红外... 详细信息

脑血流中的血红蛋白有两种:氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)。这两种血红蛋白在脑血流中浓度的变化可以反应脑部神经活动,提取其浓度变化信号可以为如癫痫病灶定位、抑郁等相关疾病的诊断和治疗提供依据和参考。目前,使用近红外光谱提取脑血流信号的算法有EEMD-ICA法主成分分析法(PCA)、独立成分分析法(ICA)、相干平均法、自适应滤波等,这些算法在对近红外脑神经活动信号提取时都有各自的特点和优势,但都重视如呼吸、眼动等各种生理干扰,忽视了测量过程中符合高斯分布的测量干扰,如仪器精密度、信号传输中的串扰等。为了提取脑血流中氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化信号,设计了功能性近红外光谱(fnirs)的脑血流参数采集装置,选择波长为750和830 nm的二极管近红外光源采集脑部血流变化信号,采用扩展的卡尔曼滤波(EKF)算法,把生理干扰和测量干扰建立对应的数学模型,使用基于误差平方和最小的原理进行递归计算,通过对下一时刻系统的初步状态估计以及测量得出的反馈相结合,得到该时刻无限逼近真实值的状态估计,结合修正的朗伯比尔定律(Lambert-Beer law),将光密度信号的变化转换为氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化信号。结果表明:所提方法可以有效去除符合高斯分布的测量干扰,在Valsava实验和视觉诱发实验中,可以提取出脑血流中氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(HbR)浓度变化曲线,和主流的EEMD提取脑信号算法比对其RMSE值提高了0.96%,r值提高了0.6%,表明提出的方法有一定的优越性。所提方法为相关脑部疾病诊断等提供了有效的脑神经活动探测方法。

关键词： EKF算法 fnirs Valsava实验视觉诱发血红蛋白

说谎的练习效应、模拟犯罪情境下的说谎与坦白研究

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说谎的练习效应、模拟犯罪情境下的说谎与坦白研究

作者：陈昊浙江师范大学

学位级别：硕士

说谎和坦白是一对相关的概念,说谎是说谎者故意对谎言的接受者建立一个错误的信念的心理过程,目的是为了获得好处或是避免损失。坦白是一个人对他所犯过错的详尽的书面或者口头的声明,常常是承认自己的说谎行为甚至犯罪行为。在过去的... 详细信息

说谎和坦白是一对相关的概念,说谎是说谎者故意对谎言的接受者建立一个错误的信念的心理过程,目的是为了获得好处或是避免损失。坦白是一个人对他所犯过错的详尽的书面或者口头的声明,常常是承认自己的说谎行为甚至犯罪行为。在过去的十年间,研究者们对说谎行为进行了大量的研究,从说谎的行为表现到说谎的神经机制方面获得了大量的有价值的阶段性成果,发现了背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex）、腹外侧前额叶皮层（ventrolateral prefrontal cortex）、前额叶皮层（anterior prefrontal cortex）、前扣带回皮层（anterior cingulate cortex）在说谎行为中所起的作用。而对于坦白的研究,目前为止,只有几个较为简单的行为研究,对于坦白行为认知过程和神经机制,我们几乎一无所知,为了填补这一空白,本研究拟从认知资源出发,对坦白行为的神经机制进行初步的探索。本研究以DDP （differentation of deception paradigm）范式和改编的CIT（Concealed Information Test）范式为手段,开展了三个实验。实验一主要研究的问题是训练是否可以让说谎变的更加自动化、需要更少的认知负荷,在实验中用E-prime呈现实验材料,记录反应时数据。实验二主要研究了说谎和说真话时大脑活动的差异,利用E-prime呈现实验材料,记录反应时数据,利用多导生理仪（MP150）和近红外光学成像仪（Functional Near-Infrared Spectroscopy, fnirs）同时记录被试的皮肤电及脑部的血液动力反应。实验三主要研究了诚实和坦白的大脑活动差异,研究中也使用fnirs设备收集含氧血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度的血液动力数据,同时记录皮肤电数据。在实验三中,被试与实验二中的是同一批人,被试在实验二中先进行说谎,然后要求被试在实验三中坦白自己所说的谎言,以此对诚实和坦白的大脑活动差异进行研究。研究得出了以下结论： 1、经过练习的说谎,在行为表现上已经区分不出和诚实的差异;2、说谎相比于诚实,反应时更长;诚实相比于坦白,反应时更长;3、说谎的背外侧前额叶皮层激活程度相比于诚实更大,反映了说谎投入的执行控制的更多;4、诚实的背外侧前额叶皮层激活程度相比坦白于更大,反映了坦白投入的执行控制的更少,坦白可能是更高级的诚实

关键词：说谎坦白 fnirs

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催眠与冥想状态和过程对比：近红外成像研究

催眠与冥想状态和过程对比：近红外成像研究

作者：刘慧莹北京林业大学

学位级别：硕士

如果能够透彻理解催眠和冥想的状态与过程,研究者将能够更好地理解人类大脑功能与意识状态。本文旨在利用fnirs技术探索在前额叶脑区,催眠与冥想状态和过程的异同。研究采用混合实验设计,组间变量为催眠组和冥想组,组内变量为五个阶段,... 详细信息

如果能够透彻理解催眠和冥想的状态与过程,研究者将能够更好地理解人类大脑功能与意识状态。本文旨在利用fnirs技术探索在前额叶脑区,催眠与冥想状态和过程的异同。研究采用混合实验设计,组间变量为催眠组和冥想组,组内变量为五个阶段,因变量为各阶段、各脑区的HbO相对浓度。测量催眠组45人,冥想组38人。通过本研究发现结果如下:(1)在催眠过程中,双侧背外侧前额叶、双侧眶额区的HbO相对浓度一直增加,左侧额极区的HbO相对浓度在引入阶段增加,在深入阶段、催眠状态和唤醒阶段减少,右侧额极区的HbO相对浓度在引入阶段减少,深入阶段增加,催眠状态和唤醒阶段减少;(2)在冥想过程中,右侧背外侧前额叶、右侧眶额区的HbO相对浓度一直增加,左侧背外侧前额叶和右侧额极区的HbO相对浓度在引入阶段、深入阶段、冥想状态增加,在唤醒阶段降低,左侧眶额区和左侧额极区的HbO相对浓度在引入阶段和深入阶段增加,在冥想状态和唤醒阶段减少;(3)催眠组与冥想组的HbO相对浓度在静息阶段、引入阶段和唤醒阶段的所有通道没有显著性变化(p>0.05),在深入阶段,催眠组右侧背外侧前额叶的HbO相对浓度显著低于冥想组(t=-2.189,p<0.05),在催眠/冥想状态阶段,催眠组右侧背外侧前额叶的HbO相对浓度显著高于冥想组(t=2.179,p<0.05)。研究结果说明催眠与冥想状态和过程在前额叶的脑区变化存在差异。研究结果支持了已有的催眠与冥想理论,丰富了催眠与冥想状态与过程的神经生理学机制。

关键词：催眠冥想 fnirs

医学专业知识对医疗场景下共情程度表现的影响

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医学专业知识对医疗场景下共情程度表现的影响

作者：夏骁凯天津师范大学

学位级别：硕士

共情（empathy）是指在面对他人情绪场景时,能够自发地感受到他人情绪,并对他人的情绪状态产生认知评估及相应行为反应的过程。已有大量研究发现,医疗从业者相比于普通个体,在医疗场景下对疼痛的共情程度较低。但对该现象的解释仍存在... 详细信息

共情（empathy）是指在面对他人情绪场景时,能够自发地感受到他人情绪,并对他人的情绪状态产生认知评估及相应行为反应的过程。已有大量研究发现,医疗从业者相比于普通个体,在医疗场景下对疼痛的共情程度较低。但对该现象的解释仍存在争议。有多项研究证实,专业知识会影响到个体的关注的线索,而关注的线索会影响个体的共情能力。因此我们认为,可能是医疗训练影响到被试在医学环境中的关注的线索,从而影响到医学专业人员在医疗场景下的共情表现程度。本研究试图通过两项实验,进一步明确医学从业者对疼痛共情程度发生减弱的原因。在本研究中,通过IRI-C量表评价个体在一般情景下的共情能力,使用实验任务中的评分衡量医疗场景下的共情表现,同时使用fnirs记录被试在发生共情时的脑功能变化。实验1旨在验证医学从业者与普通群体在疼痛共情上的差异。研究请19名普通大学生被试与16名针灸专业学生观看医疗场景图片,请被试对看到的图片进行疼痛等级评定并使用fnirs监测脑血氧变化,实验后使用量表评估一般共情能力。结果发现,（1）医学被试与非医学被试在共情量表上的得分无显著差异,（2）在对图片中人物的疼痛程度进行评分时,医学专业被试与非医学专业被试之间存在显著的差异,医学专业学生评分更低,（3）使用fnirs监测被试的脑血氧变化,医学专业被试相比非医学专业被试,在背外侧前额叶区域的激活程度存在显著差异,表明这两类被试在情绪控制功能上的显著差异。为了确认这种差异产生的原因,我们设计了实验2,旨在通过控制变量的方法,确定共情相关脑机制变化的影响因素。在实验2中,请16名非医学专业院校被试完成数图中针数、寻找骨性标志、判断疼痛程度三种任务,控制非医学被试观看针灸图片的线索,并对他们的脑活动进行监测。实验前,先对被试进行短时间的医学专业知识（骨性标志）培训。结果发现,在被试进行数针任务与寻找骨性标志任务时,脑激活模式与医学专业被试的差异,相比评价疼痛任务中的差异更小。研究证明了当被试的关注的线索发生改变时,其引起的脑激活模式会发生明显的改变,而与医学专业知识的相关的关注的线索改变,会使被试的脑激活模式更趋近与医学专业被试。上述两项实验共同可以证明以下结论:（1）医学专业人员在医疗情景下更不容易感受患者的疼痛感。（2）医学专业人员在医疗场景中的共情表现降低,与他们观察患者时所关注的线索有关。（3）医学专业人员在医疗场景中共情表现的降低,还可能是长期医疗训练与从业经验所引起的。

关键词：共情医学 fnirs

群体内群体外人际合作与冲突的近红外光学成像研究

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群体内群体外人际合作与冲突的近红外光学成像研究

作者：惠泺潼天津师范大学

学位级别：硕士

人际合作是人与人、群体与群体为达到共同目的,自觉或不自觉地相互配合的一种互动方式,人际冲突则指人与人、群体与群体因对同一目标的争夺而展开的互动方式。它们是组成人际互动的最重要形式,在人类社会中起着重要作用。在面对群体内... 详细信息

人际合作是人与人、群体与群体为达到共同目的,自觉或不自觉地相互配合的一种互动方式,人际冲突则指人与人、群体与群体因对同一目标的争夺而展开的互动方式。它们是组成人际互动的最重要形式,在人类社会中起着重要作用。在面对群体内成员和群体外成员时,人们对合作和冲突的选择存在显著差异。研究表明个体更倾向于同群体内成员合作,这对于群体利益最大化有重要作用。但目前尚不清楚与群体内外成员进行合作与冲突决策时,个体大脑皮层区域的激活情况。本研究借助近红外光学成像扫描仪(functional near-infrared spectroscopy,fnirs),采用了经典博弈范式"懦夫博弈"(Chicken Game),对20名大学生被试在与群体内外成员完成合作和冲突任务时的皮层激活区域进行了深入探讨。结果表明:1、个体对群体内成员的合作率为57%,对群体外成员的合作率为35.16%。配对样本t检验表明个体对群体内成员的合作率显著高于群体外成员的合作率。2、个体无论对群体内成员或群体外成员进行合作和冲突选择时的反应时没有显著差异。3、重复测量方差分析表明位于通道5的右侧背外侧前额叶皮层在互动条件(群体内vs群体外)和决策策略(合作vs冲突)存在交互作用。对决策策略(冲突vs合作)进行简单效应分析发现冲突决策诱发的脑区激活存在显著的互动条件主效应,表现为群体内互动条件下冲突选择诱发的该区域激活程度显著高于群体外互动条件下冲突选择诱发的脑区激活程度;对互动条件(群体内vs群体外)进行简单效应分析发现群体外互动时大脑激活程度存在显著的决策策略主效应,表现为与群体外成员互动时,个体合作选择比冲突选择诱发更强的大脑激活。4、位于右侧额极的通道11决策策略(合作vs冲突)主效应显著,表现为个体选择合作比选择冲突诱发更强的大脑激活。5、位于右侧眶额叶皮层的通道43互动条件(群体内vs群体外)主效应显著,表现为个体同群体内成员博弈比对群体外成员博弈诱发更强的大脑激活。

关键词：合作冲突决策群体身份效应 Chicken Game fnirs

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空间频率影响汉字识别的神经基础

空间频率影响汉字识别的神经基础

作者：陈发坤陕西师范大学

学位级别：硕士

视觉空间频率的变化直接影响到视觉词汇的识别。空间频率是指单位视角内明暗条纹重复出现的周期数。高空间频率是指亮度的突然变化(如敏锐的边缘),支持局部特征的抽取;低空间频率是指亮度的逐渐变化,更多包含图像的轮廓(整体)信息。有... 详细信息

视觉空间频率的变化直接影响到视觉词汇的识别。空间频率是指单位视角内明暗条纹重复出现的周期数。高空间频率是指亮度的突然变化(如敏锐的边缘),支持局部特征的抽取;低空间频率是指亮度的逐渐变化,更多包含图像的轮廓(整体)信息。有研究发现,相对于低空间频率,高空间频率在视觉词汇识别中对腹侧通路下的初级语言功能脑区(如视觉词形区)的影响更大。但到目前为止,还没有研究关注空间频率在视觉词汇识别中对背侧通路的影响的神经基础,尤其是空间频率对背侧通路中高级语言功能脑区的影响。本研究使用功能性近红外光谱技术(functional Near-Infrared Spectroscopy,fnirs)旨在探讨背侧通路尤其是高级语言功能脑区中,不同空间频率对视觉词汇加工的影响。本研究通过操纵字类型与空间频率两个因素,采用3(真、假和非字)×3(高、低和正常空间频率)的重复测量实验设计,以探讨空间频率对不同汉字类型加工的影响。研究结果发现,空间频率主效应显著的相关脑区包括左侧颞下回、枕下回、枕中回和顶下区域。字类型主效应显著的脑区包括左侧枕下回和枕中回。两因素交互作用的脑区主要分布在大脑的背侧通路,包括左侧额中回、额上回和枕中回;进一步的简单效应分析发现字类型效应主要来自低空间频率与正常空间频率下真字和假字加工的血氧浓度变化差异,而高空间频率条件下没有字类型加工的差异。结果表明大脑背侧通路更多地参与了低空间频率下的视觉词汇加工,且低空间频率对汉字识别的影响延伸到了额中回等高级语言功能脑区。本研究通过系统操控空间频率,发现了空间频率在汉字识别中的影响及其神经基础。研究结果为语言加工及其脑机制提供了直接的证据,极大地丰富和促进了视觉词汇识别理论,为语言加工研究提供了新的视角和方向。

关键词： fnirs 空间频率视觉词汇识别语言功能脑区

上肢力量控制训练的皮层血氧动态变化机制的初步研究

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上肢力量控制训练的皮层血氧动态变化机制的初步研究

作者：王永容重庆大学

学位级别：硕士

运动技能的习得是经过反复运动训练之后在肢体行为上的一种表达,这个过程中大脑通过对运动学习和记忆的调控可以提高动作速度、准确性和自动化水平。已有研究表明,技能学习初期会在中枢神经系统的突触中诱发长时程增强效应(long-term po... 详细信息

运动技能的习得是经过反复运动训练之后在肢体行为上的一种表达,这个过程中大脑通过对运动学习和记忆的调控可以提高动作速度、准确性和自动化水平。已有研究表明,技能学习初期会在中枢神经系统的突触中诱发长时程增强效应(long-term potentiation,LTP),运动训练可以提高习得性LTP的表达,进而引发皮质结构的塑性变化,促进运动行为的控制以及最终运动技能的习得。近年来,运动训练已经被广泛应用于运动康复、认知心理和体育竞技领域。但受到检测设备和实验条件等限制,目前关于人类运动训练促使技能习得过程中的大脑血氧动态变化及其运动控制机制研究尚有待进一步完善。本文采用功能性近红外光谱技术(Functional Near Infrared Spectroscopy,fnirs)连续监测上肢力量调控训练期间的皮层血流动力学响应。握力是形成手部或上肢有序动作和运动的基础,探究大脑运动皮层对于手部力量的调控有着重要意义。本文首先在Lab VIEW环境下搭建了实验任务可视化平台,并通过设计E-Prime程序实现了fnirs信号、表面肌电信号(surface Electromyography,s EMG)和握力信号的同步采集。在此基础上,设计了以手部握力输出为指标的实验对搭建的平台展开测试,并通过设置握力控制曲线的力量强度、持续时间、任务频率不同参数进行实验任务设计。采集31位健康志愿者在执行不同任务时的fnirs和s EMG信号,初步探究了不同握力特征下运动皮层的血氧激活情况。实验结果表明,运动皮层的血氧活动随握力任务改变而改变,随着力量强度、持续时间及任务频率变化表现出不同的激活模式。实验结果测试并验证了实验平台的可靠性,对不同握力特征下皮层激活模式的实验探究,有利于加深对大脑运动控制机制的理解,也为研究病理情况下的脑血流变化提供了参考。然后,基于已搭建的握力曲线跟踪可视化平台,设计并实施了手部力量控制训练实验,探究上肢主动运动训练期间诱发运动皮层长时程增强效应的血氧激活。本实验招募18名健康被试,随机分为实验组和对照组,实验组12名被试执行8天的握力曲线跟踪任务训练(每天约40分钟),而对照组不进行该任务训练。实验中,通过对实验组任务训练过程的fnirs和s EMG信号进行连续监测以评价皮层血氧激活和任务相关肌肉的状态,同时通过记录任务实时误差并计算相应的跟踪得分(Tracking Score,TS)作为运动训练成绩的行为学标准。之后,通过信号处理,根据fnirs信号绘制运动训练期间的皮质激活图,并对任务期间的血氧浓度变化相关特征参数(包括积分值、峰值、达峰时间、重心时间、初始激活等)进行统计分析。训练前后,结合经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation,TMS)技术从运动训练诱发的皮层LTP出发,通过记录训练前后运动诱发电位的幅值变化,绘制相应的I-O曲线,以评估运动训练引起的皮质脊髓兴奋性变化。实验结果表明,主动运动训练引起皮质脊髓兴奋性增强,训练过程可根据训练成绩分为快速和慢速不同学习阶段,而大脑皮层血氧激活在各阶段分别表现出不同的激活模式和机制,呈现出“扩展-选择-重新归一化”的变化过程。本研究采取fnirs与TMS探究上肢力量训练诱导运动皮层长时程增强过程中的血氧激活变化,从血氧变化的角度为主动训练促进运动技能改善提供新的理论依据。有望为基于训练的神经康复干预措施的改进提供借鉴,并为制定及优化科学健身和体育锻炼计划提供参考和指导,在运动和康复医学领域具有重要的临床意义和应用价值。

关键词： fnirs 上肢力量训练皮质激活血氧变化机制 LTP