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【摘要】 人类脑功能的成像技术是当代医学影像技术用于神经科学研究最为迅速的领域之一。其中，fMRI为人类大脑的研究提供了新的前景，它为临床核磁共振诊断从单一形态学研究到形态、功能相结合的系统研究开辟了一条崭新的道路。目前fMRI正处于临床应用性研究的阶段。本文综述了近年fMRI有关资料，重点介绍fMRI技术与临床应用方面的进展以及法医学上应用的价值。
【关键词】 临床法医学；功能磁共振成像（fMRI）；脑功能检测
20世纪90年代初，在传统MRI的基础上功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Image，fMRl)技术开始出现。fMRI的出现标志着临床磁共振诊断从单一形态学研究，到形态与功能相结合的系统研究［1］。由于fMRl是目前人们所掌握的唯一无侵入、无创伤、可精确定位人脑高级功能的研究手段，因此，fMRI一出现就受到神经、认识和心理等领域的极大关注［2］，同时也为法医学提供了广阔的应用前景。
1 fMRI的原理及检测方法
fMRI的方法很多，主要包括注射造影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法［3］。其成像原理为：当神经元活动时，其邻近血管床的血流量和血流容积增加，导致神经元活动区局部氧合血红蛋白含量增加，而增加的氧合血红蛋白量实际上多于神经元代谢所需的氧合血红蛋白量，因而在神经元活动区的毛细血管床和静脉血中氧合血红蛋白量多于非活动区，即神经元活动区毛细血管床和静脉血中作为顺磁性物质的去氧血红蛋白含量少于非活动区，因此在T2W1上神经元活动区的信号强度高于非活动区的信号强度。虽然这一信号差别很微小，但通过适当的后期处理可以将这种代表神经元兴奋活动的信号提取出来，显示出明确可靠的信号变化。
2 fMRI的研究现状
由于fMRI的无创性及技术本身的迅速发展，这一领域已经从1990年初单纯研究大脑皮层定位，发展到目前研究脑内不同功能区之间的相互影响；从对感觉和运动等低级脑功能的研究，发展到对高级思维和心理活动等高级脑功能的研究。
2.1 正常脑功能fMRI fMRI在各类脑皮层功能区（视觉、听觉、躯体运动和感觉、语言、认知等）的研究均取得了进展。
2.1.1 视觉系统 对视觉皮层的研究是fMRI中研究最早的领域，这主要与视刺激条件易于控制，视皮层激活信号强度相对较大有关。应用fMRI不仅可以对视觉形成的相关皮层进行定位，也可根据视功能域谱的不同变化推测各种脑功能相关视觉疾病的发病机制，为临床诊断、治疗及评估预后提供新的思路［4］。
Le Bihan等［5］使用fMRI和相位编码刺激技术，实现了对人脑视皮层V1、V2、Vp、V3和V4各区的精确定位。张淑清等［6］通过研究36名正常健康人及17例具有枕区病变患者发现，主要视皮质位于双侧距状裂两侧，次要视皮质位于纹旁及纹周区，为楔回、舌回、枕颞内外侧回后部及颞下回后部皮层。Zeki等［7］利用fMRI技术研究了人的颜色识别过程的传导路，推测出颜色识别过程大致可分为三个阶段：首先V1区（可能还有V2区）激活，登陆不同波长光线，其次V4区激活，进行颜色的处理，最后颞下叶和额叶激活，进一步识别物体的颜色。
弱视在视觉发育期间，由于各种原因造成视觉细胞的有效刺激不足，从而造成矫正视力低于同龄正常儿童。关于弱视神经机制的研究一直存在较多的争议。由于fMRI具有直观实时及高空间时间分辨率等优点，应用其研究弱视神经机制前景广阔。Barnes等［8］应用fMRI对10例斜视性弱视研究证实，选用不同空间频率光栅刺激时，弱视眼对应的皮层激活区较正常眼减少，高空间频率时表现的尤为显著。卢光明等［9］通过对6例健康成年人运用fMRI技术，观察视觉皮质对旋转光栅刺激所产生的生理反应，研究发现旋转光栅在激活初级视觉皮质的同时，也大量激活位于高级视觉皮质区的视觉运动区。FMRI更加直观的观测旋转光栅刺激时视觉皮质的反应，所以可用于探讨旋转光栅对弱视治疗的病理生理基础。
2.1.2 听觉系统 最初的fMRI研究是用单音或单词作为听觉刺激，表现为位于颞上回的听觉皮层活化。近期的研究发现在有噪音的环境下说单词和短文，可在颞上回及沿颞上沟附近，引起比单纯噪音环境大的多的明显活化区。说单词和短文有时也能在颞中回、颞横回附近引起活化，同时听觉皮层存在不均一性，一侧刺激虽能激活双侧听觉皮层，大多数仍以左侧为主。居胜红等［10］对23例受试者共进行25次BOLD技术的听觉语言刺激脑活动功能检查，语言性声音刺激时，听觉中枢和语言中枢均有激活。研究结果表明，人脑接受语言性声音刺激时除了单纯的听觉对声音的获取，还包括语言的刺激以及人脑对与其有关的语义概念的存取。听觉性语言刺激下，有众多听觉语言皮层区共同参与活动，以左侧为主。
2.1.3 躯体运动功能 FMRI研究表明对侧初级运动皮层为运动执行区，双侧辅助运动区，运动前区、基底节及小脑皮质等区域则参与运动准备及运动执行，且各脑区在其功能上有一定差异。而随意运动可双侧激活这些脑区，与传统理论不相符合，无论其机制如何，说明人脑两半球间、半球内各脑区间、大脑、基底节及小脑间，其功能活动具有协同作用。
2.1.4 躯体感觉功能 研究主要是通过fMRI试图用不同的刺激方式，包括单纯的感觉刺激方式，运动和感觉双重刺激方式，来把运动区和感觉区皮层分开，其活化区主要位于中央后回、顶上小叶及岛盖部。有学者报道对22例患者进行24组运动及感觉刺激方式后fMRI扫描，有20组活化区一致，3组部分不同，1组无活化，提示fMRI获得感觉活化区是安全可行的。对于慢性疼痛综合征患者，fMRI在疾病萌芽期就能早期发现。De Lapaze等［11］报道3例慢性痛综合征患者fMRI发现在主观痛知觉阶段与痛觉活化有关的皮层区，位于疼痛同侧的颞叶和岛盖，而对侧的皮质及丘脑明显受抑制。有学者报道应用fMRI研究针灸刺激下的中枢神经通路，预示着fMRI对进一步揭示针刺止痛与内源性疼痛调节环路的机制开辟了一条新的途径。
2.1.5 语言系统 Lurito等［12］对3例左侧裂旁区肿瘤的右利手病人术前予以被动听觉刺激来激活感觉性语言区，并获得fMRI图像，术中催醒病人进行皮层电刺激描记，发现3例病人fMRI和皮层电刺激都获得相似、但又不完全一样的感受性语言区，由此认为fMRI为感受性语言区描绘提供了一个极好的方法。马林等［13］对8名正常受试者进行汉语同义字和同音字判断的测试，利用fMRI对参与汉字处理的脑皮层区域进行确认，结果发现8名受试者对同义字和同音字的判断均能明显激活Broca区、Wernicke区、双侧纹外视区及双侧颞叶腹侧皮层。
2.1.6 学习和记忆等认知过程 工作记忆是一种重要的认知功能，是临时信息编码、保持和提取的过程，进行复杂认知任务如语言理解、学习、推理、心算时，需要在工作记忆系统中作临时性的信息储存操作。通过fMRI研究发现，在工作记忆的过程中，许多皮质发挥重要作用，其中前额叶皮质的作用最为突出，国外学者［14］在相关研究中证实了这一点。
右利手测试中系列数字心算，主要激活背外侧左前额皮层(对应于Broadman 46区)和两侧顶部皮层，简单心算激活两侧顶部皮层，进行需要空间工作记忆的任务时，发现有半球前额、枕、顶及前运动皮层的广泛激活。另外的研究只发现两侧额中回的激活，且右半球的激活程度比左半球强。进行威斯康辛卡片分类测验也需要工作记忆参与，PET和fMRI的研究均发现完成该任务时背外侧前额皮层区（额中回）激活［15］，另外在类似的需要工作记忆参与的研究也发现了类似的结果。采用双任务作业研究中枢执行系统的脑机制，发现背外侧前额皮层是中枢执行系统的神经基础，它负责注意资源的分配与协调，使背外侧前额皮层的作用得以进一步认识：中枢执行系统功能在前额区完成，两个伺服系统功能在脑后部的额、顶、枕区完成。这是研究猴子所得到的结论，进—步在人身上得到了证实和扩展［16］。
2.2 fMRI临床应用研究
2.2.1 在神经外科与神经肿瘤学的应用 最大限度的切除肿瘤又能保留脑功能皮层一直是个极大的挑战，利用fMRI可以在术前无创的获得人脑重要区域的功能映射图，这些信息可被外科医生用来制定最优手术方案。目前，利用fMRI进行神经外科术前功能定位在国外已相当普及。FMRI功能定位与术中所见比较，二者的符合率达82％～100％，平均误差仅2mm［17］。
2.2.2 在精神病学与神经病学的应用 FMRI在非肿瘤性病变的应用十分广泛，涉及到脑部许多疾病，包括癫痫、阿耳茨海默病、多发性硬化、精神分裂症等。目前学者们正在积极进行有关认知神经领域的研究工作，采用认知神经心理学和fMRI相结合的方法，将轻度认知功能障碍及轻、中、重度阿耳茨海默病患者与正常人比较，来探讨轻度认知功能障碍者的认知能力变化及其fMRI的特点，作为阿耳茨海默病早期诊断的依据之一。
3 磁共振功能成像（fMRI）在法医学上应用的前景
3.1 神经功能的客观评定 目前，利用fMRI对正常脑功能进行的研究大多集中在对大脑视觉、听觉、运动、情感等功能区的定位研究方面，对大脑认知（如学习、记忆）等复杂功能的研究也在进行之中。在法医学鉴定中，经常涉及神经功能障碍定位、定量评定的问题，但由于神经功能障碍评定方法目前绝大多数为主观检查方法，因此难以确切判定被鉴定人神经功能障碍的程度和部位。由于fMRI可以客观评定感觉、运动、记忆等多种高级认知功能状态，因此如何将fMRI应用于法医学鉴定中，进而解决嗅觉、味觉、视觉、听觉、体感、运动、记忆及认知功能等客观评定是法医学所面临的重要课题。
3.2 测谎 在司法实践中，由于犯罪嫌疑人（被告人）的供述、当事人的陈述以及证人证言等主观证据缺少相应证据链条证明时，这些“主观证据”不能作为证据采信。因此，通过测谎技术来证明这些主观证据是否真实可信是至关重要的。但传统的测谎技术由于主要依靠多道生理记录仪，根据心电、血压、呼吸、皮肤电阻等植物神经反应的生理指标间接判定被检者是否说谎，其测试结果在司法实践中不能作为鉴定结论直接应用。既往测谎技术的研究，大多数侧重于与说谎相关的情绪成分分析，而关于脑是如何显示和执行人类这一行为一直是心理学、神经科学和行为科学上的难题。
近年，随着fMRI技术的应用，为心理学、神经科学和行为科学提供了前所未有的研究契机和广阔的研究领域。国外一些研究者针对人类说谎的问题，应用fMRI进行了这方面探索，并取得了肯定的结果：(1)扣带前回（anterior cingulate cortex ACC）对于人类的行为起着决定的作用，不恰当的反应或错误的反应与扣带前回的嘴部和左前额回相关。同时也发现这些区域在正确分类测试时无反应，说明这些区域是神经系统正确选择网络的重要组成部分［18］。其中，扣带前回具有控制矛盾冲突的作用，特别是早期的活动能够反映被试者是否愿意完成测试的内在动机［19］。在两难选择时，主要表现为扣带前回嘴部的活动。在转换选择时，主要表现为左侧前额皮层的活动［20］。(2)自身内省可能由两个系统控制，一个是竞争选择系统，一个是错误发现系统。错误的执行在扣带回的运动区，竞争选择在辅助运动前区［21］。扣带前回嘴部具有错误监视器的作用［22］。(3)通过fMRI可以发现说谎［23，24］，不同类型的说谎由不同神经网络完成。如果说谎者编织一个紧密连贯的故事，脑功能主要活动区在右前额叶。如果说谎者编造的事情与既往的经历有关，脑功能的主要活动区在前扣带回和后枕叶皮层。无论那种类型说谎，其前额叶皮质、海马旁回、右前楔叶和左小脑皮层的活动均比说真话明显［25］。
因此，通过直接观察正常人说谎与说真话时脑功能活动部位以及植物神经生理反应特点，进而研究和分析说谎时脑功能磁共振成像的特征及其植物神经反应的机制，不仅在心理学、神经科学和行为科学上具有重要理论意义，而且在司法实践中也具有重要的应用价值。
由此可以预见，随着fMRI技术的不断发展和完善，其在法医学鉴定中应用将具有广阔的前景。
【参考文献】
1 刘登堂，江开达，徐一峰.功能性磁共振成像在精神科的应用.中华精神科杂志，2001，34（1）：49－51.
2 Macaluso E，Frith CD，Driver J.Modulation of human visual cortex by crossmodal spatial attention.Science，2000，289(5482)：1206－1208.
3 Turner R，LeBihen D，Mooen CT，et al.Echo-planar time course MRI of cat oxygenation changes.Magn Reson Med，1991，22：159－166.
4 刘虎.FMRI技术在眼科学的应用.中国实用眼科杂志，2003，21（7）：487－489.
5 Le Bihan D，Jezzard P，Haxby J，et al.Functional magnetic resonance imaging.Science，1991，122(4)：296-303.
6 张淑清，刘连群，吴杰，等.人类视皮质功能MRI的初步研究及临床应用.中华放射学杂志，2001，35(7)：524-527.
7 Zeki SS，Marini L.Three cortical stages of colour processing in the human brain.Brain，1998，121：1669－1685.
8 Barnes GR，Hess RF，Dumonlin SO，et al.The cortical deficit in humans with strabismic amblyopia.J Physiol，2001，533：281－297.
9 卢光明，张志强，梁平，等.功能磁共振成像对旋转光栅视觉刺激的研究.医学研究生学报，2003，16（7）：506－508.
10 居胜红，陈峰，郑凯尔，等.听觉性语言刺激的功能磁共振成像研究.临床放射学杂志，2003，22（6）：461-465.
11 De Lapaz RL，Portenoy R，Hirsch J，et al.Cerebral localization of chronic neuropathic pain with functional MR imaging.Proceedings of the american society of neuroradiology.Chicago，1995，93-101.
12 Lurito JT，Lowe MJ，Sartorius C，et al.Comparison of fMRI and intraoperative direct cortical stimulation in localization of receptive language areas.J Comput Assist Tomogr，2000，24：99-105.
13 马林，唐一源，王岩，等.汉字处理相关大脑皮层区的功能磁共振成像.中华放射学杂志，2002，36（3）：198-201.
14 Rosen AC，Rao SM，Caffarara P，et al.Neural basis of endogenous and exogenous spatial orienting.A functional MRI study.J Cogn Neurasci，1999，11(2)：135-152.
15 Shallice T，Fletcher P，Frith CD，et al.Brain regions associated with acquisition and retrieval of verbal episodic memory.Nature，1994，14(6472)：368，633-635.
16 刘昌.人脑功能磁共振成像及其在认知神经科学研究中的应用.生理学进展，1999，30（1）：84-90.
17 Schulder M，Maldjian JA，Liu WC，et al.Functional image-guided surgery of intracranial tumors of located in or near the sensorimotor cortex.J Neurosurg，1998，89(3)：412-418.
18 Kiehl KA，Liddle PF，Hopfinger JB.Error processing and the rostral anterior cingulate： an event-related fMRI study.Psychophysiology，2000，37(2)：216-223.
19 Braver TS，Barch DM，Gray JR，et al.Anterior cingulate cortex and response conflict： effects of frequency，inhibition and errors.Cereb Cortex，2001 11(9)：825-836.
20 Dreher JC，Grafman J.Dissociating the roles of the rostral anterior cingulate and the lateral prefrontal cortices in performing two tasks simultaneously or successively.Cereb Cortex.2003 13(4)：329-339.
21 Ullsperger M，von Cramon DY.Subprocesses of performance monitoring：a dissociation of error processing and response competition revealed by event-related fMRI and ERPs.Neuroimage，2001 14(6)：1387-1401.
22 Swick D，Turken AU.Dissociation between conflict detection and error monitoring in the human anterior cingulate cortex.Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(25)：16354-16359.
23 Maldjian JA，Gur RC，McDonald S，et al.Brain activity during simulated deception： an event-related functional magnetic resonance study.Neuroimage，2002，15(3)：727-732.
24 Lee TM，Liu HL，Tan LH，et al.Lie detection by functional magnetic resonance imaging.Hum Brain Mapp，2002，15(3)：157-164.
25 Ganis G，Kosslyn SM，Stose S，et al.Neural correlates of different types of deception： an fMRI investigation.Cereb Cortex，2003，13(8)：830-836.
作者单位： 1 110001 辽宁沈阳，中国医科大学法医学院临床法医教研室(Δ86期七年制)
2 辽宁沈阳，辽宁省高级人民法院技术处
3 510515 广东广州，南方医科大学法医学教研室
(编辑：悦 铭)