盲人阅读盲文不同组成部分的FMRI相关性

文献：Beisteiner, R., Windischberger, C., Geißler, A., Gartus, A., Uhl, F., Moser, E., … & Lanzenberger, R. (2015). FMRI correlates of different components of Braille reading by the blind. Neurology, Psychiatry and Brain Research, 21(4), 137-145. http://dx.doi.org/10.1016/j.npbr.2015.10.002

1. 引言 ¶

早期失明受试者在阅读盲文时的大脑激活表明在大脑后部区域有相当大的跨模式神经可塑性。然而，到目前为止，尚不清楚这种神经可塑性重组过程达到了什么程度，以及特定的大脑激活模式是否对应于盲文阅读任务的特定组成部分。因此，这项fMRI研究调查了不同的皮层区域是否在功能上专门针对盲文阅读的不同方面。综合盲文阅读任务与代表盲文阅读子部分(被动触觉刺激、主动触觉模式识别、盲文图像)的三个控制任务进行了对比。14名早期失明受试者的结果表明，只有枕叶和基底颞枕叶大脑区域显示出与盲文阅读相关的特定功能磁共振成像。中央rolandic脑激活与基本的体感处理相关，而高级颞叶激活与更高级的刺激无关的语言处理相关。在后面这些区域，尽管在盲文阅读任务中有强烈的激活，但没有发现专门针对盲文阅读的神经可塑性重组的迹象。

二十年前，开创性的研究描述了早期失明受试者中枕叶相当多的跨通道神经可塑性过程，关于功能特殊化和神经可塑性过程的争论最近因进一步的研究而加剧，这些研究证明了盲人枕叶中的多种功能表征，包括语言处理、盲文阅读、触觉加工和心理想象。

在初级“视觉”皮层(V1)中，跨模式神经可塑性得到了证实，因为早期失明受试者在振动触觉刺激任务(Burton等人，2004年)和非盲文触觉辨别任务中表现出独立于语言过程的V1激活。在患有双侧枕叶中风的盲人受试者中，证明了纹状和纹外皮层对盲文阅读的重要贡献(Hamilton et al.,2000)，枕极抑制性重复经颅磁刺激(TMS)损害早发性和先天性失明受试者的盲文阅读经典语言区，如Broca和Wernicke区(Burton，Snyder，Diamond和Raichle，2002b)，以及几个顶叶区(Sadato等人，1998)，颞区和枕区(Burton等人，2002a)，包括侧枕触觉视觉区(Amedi等人，2002)和初级视觉皮层。

大量活跃的大脑后部区域显然反映了任务的复杂性。盲文阅读需要处理触觉输入，将这种输入与语义记忆联系起来，以及所有更高级别的语言处理，如语音、语义和句法处理。因此，它以并行或顺序的方式结合了信息处理的几个组成部分。到目前为止，尚不清楚神经可塑性重组过程在盲人大脑中的程度，以及特定的大脑激活模式是否对应于盲文阅读任务的特定组成部分。这项研究旨在探寻盲文阅读的不同组成部分是否与不同的功能磁共振成像相关。因此，盲文阅读的三个主要组成部分被确定为：(1)触觉信息的无人参与的基本体感处理(被动刺激条件)，(2)通过主动模式识别参与的基本体感处理(空白计数条件)，以及(3)没有体感处理的语言产生(盲文想象条件)。通过不同任务控制盲文阅读的不同成分条件，并与早期失明受试者的盲文阅读任务进行对比。是描述大脑皮层的不同区域在功能上专门用于盲文阅读的不同方面。

2. 材料和方法 ¶

14名右利手失明者参与了本研究。

每个受试进行6次，刺激模式的每次运行由16个与休息交替的刺激块组成。休息时，刺激带不动，要求受试者放松。每个block持续30秒，在此期间记录五个脑容量。刺激期间共记录了480个容积(6次运行，16个block，5个容积)，休息期间共记录了480个容积。在每个刺激块block中，以伪随机顺序呈现四个任务条件之一。这些条件被设计成允许综合盲文阅读任务与以一般行为方式代表盲文阅读主要组成部分的3个控制任务进行比较。

图1

条件1——被动刺激：被动触觉刺激由120串类似盲文的随机点模式组成，点的数量、大小和呈现速度与其他条件相匹配。没有任务，受试者被要求放松。这种情况反映了在没有明确任务的情况下对基本躯体感觉刺激的处理，因此没有特别定向的注意力。与参考状态“休息”的关键区别在于运动磁带的体感刺激。盲文阅读的主要区别是缺乏特定的注意力和语言处理。

条件2——空格计数：触觉刺激，注意力集中在盲文单词之间的空格上。受试者被要求计算单词之间的空格。刺激材料与盲文阅读相同。这种情况包括基本躯体感觉刺激和基本语言方面的注意加工(计数)。盲文阅读的主要区别是缺乏更高层次的语言方面，如复杂的语义，句法和语音处理。此外，注意力转移到一个简单的体感刺激模式。

条件3——盲文想象：在没有实际触觉刺激的情况下，使用之前呈现的盲文句子，对盲文阅读过程进行心理想象。阅读手指静止在不动的刺激带上。这项想象任务需要以正确的语义、句法和语音方式产生语言。然而，它缺乏与处理真实体感输入相关的所有过程。

条件4——盲文阅读:触觉刺激包括无声的盲文阅读有意义的句子。这项任务代表成功阅读盲文所需的所有子组件的整合。

图2

在每个block之前会语音告知下一个block的条件，例如，“阅读”或“想象”。受试在每次运行和每个条件下都闭眼。为了控制被试的在任务中的表现，在浏览前告知被试在任务结束时会有关于此条件下的测试问题（例如空格计数条件下的空格数，盲文阅读条件下的句子内容）。

使用以2.4cm/s的速度移动的具有浮雕盲文字符的纸带，在阅读手指的指尖下提供刺激。对于所有受试者，非简写标准盲文字符的呈现速率是恒定的(4个字符/秒)。在盲文阅读和空白计数条件下，受试者被一个由120个盲文字母组成的刺激块刺激一个盲文句子。在六次运行中，向每个受试者呈现总共24个不同的句子，每个句子大约18个单词，即每分钟大约36个单词。

这项研究的重点是早期失明受试者的枕叶、颞叶和顶叶，以及中央rolandic区。

3. 结果 ¶

最全面的任务(盲文阅读)显示了最强的大脑激活（26/30 ROIs活跃），在盲文想象条件下发现了稀疏激活(6/30 ROIs激活)，被动刺激和空白计数介于两者之间(19/30，12/30 ROI为主动)。被动刺激、空白计数和盲文阅读需要基本的体感处理，但盲文想象不需要。

图3

图4

4. 讨论 ¶

之前的研究表明了盲人阅读有赖于大脑大量的功能重组，此研究通过不同任务控制受试的行为来调查盲文阅读的不同方面，以揭示盲文阅读不同方面对应大脑不同的分区。通过使用非移动阅读手指的高度标准化盲文刺激设置，最小化与外部刺激的不可控变化相关的激活差异。由于标准化的配准可能导致大脑错误定位，因此本研究为每个大脑提供了个性化的神经解剖的ROI的描绘。

与基本触觉处理特别相关的大脑激活应该表现出与被动刺激、空白计数和盲文阅读类似的激活。并且，与缺乏触觉成分(盲文图像)的任务相比，与基本触觉相关的这些任务都应该产生更强的激活。这确实在盲人大脑的中中央后下沟、中央下沟得到了证明。这里的对比盲文阅读>盲文想象、空格计数>盲文想象和被动刺激>盲文想象都揭示了显著的差异。因此，基本的体感处理与大脑中枢活动相关。

这些结果否定了在这些区域对盲文字符或盲文阅读的特定处理（盲文字符任务和随机点任务之间没有区别）。相应地，没有证据表明在枕叶有基本的体感处理。

语言区域的激活应该表现出与盲文想象条件下类似的激活，同时，与触觉刺激任务(空白计数，被动刺激)相比，内部语音任务(盲文阅读，盲文图像)的激活应该更强。这是在颞上沟发现的。盲文想象的结果有力地支持了与刺激无关的语言处理与大脑颞叶激活相关的假设。这一区域在视力正常受试在无声阅读时也观察到了激活(Ashtari et al.,2005; Xu et al., 2002)。因此，无论是有视力的还是早期失明的受试者，颞上沟都可能专门参与语义或其他高级语言过程(句法、语音)。

对比其他三个任务后，通过盲文阅读持续激活更强的大脑区域应该代表盲文阅读过程的核心区域，即，这些区域应该代表超出触觉刺激的基本处理和不依赖刺激的高级语言处理的任务组成部分。结果表明，视觉皮层和下颞枕区代表了盲文阅读的核心区域。其中尤其是初级视觉皮层(V1)和舌侧沟回，它们与三项控制任务都表现出显著差异。侧支沟、横侧支沟和楔状沟也发现了相应的结果，与三个控制任务相比，都表现出相当强的盲文阅读激活。之前也有大量研究结果表明早期盲人的视觉皮层和下颞枕区在将盲文字符与语义内容联系起来方面起着关键作用。

本研究有三个主要结果:(1)盲文阅读特别激活枕叶和基底颞枕叶脑区，其中初级视觉皮层尤为重要。这些区域的激活与基本的体感处理或高级刺激无关的语言处理没有相关性。(2)中央rolandic大脑区域激活基本的体感任务。这些区域没有显示出专门用于处理盲文字符的激活。(3)用刺激无关的语言处理(例如，语义、句法、音韵)激活大脑的上颞区。这些区域没有显示盲文阅读任务的触觉部分的激活。