心理所合作研究揭示視覺運動中感覺運動皮層功能連接偏側化特征

大腦左右半球功能不對稱性是大腦功能組織的重要特征，功能偏側化是探索人類認知能力腦機制的關鍵科學問題。已有研究發現，運動功能主要由左側大腦主導，且這種左側化會受到任務和環境因素的調控。但是，以往研究多采用局部腦區激活的測量方法，缺乏從功能連接的角度對偏側化的研究，尤其缺乏對不同任務狀態下功能連接偏側化變化趨勢的研究。

為此，中國科學院心理研究所畢鴻燕研究組副研究員楊煬開展了一項合作研究，分別以成人與兒童為研究對象，系統考察了人類復雜視覺運動過程中（寫字與畫圖）腦功能連接偏側化模式。同時，通過操作任務因素（運動經驗、注意等）探究了連接偏側化的變化模式。

該研究中，左側化與右側化腦區被分為兩類模式：分離與整合。分離是指半球內連接為主的分離模式，而整合是指半球內連接合并跨半球連接的加和模式。結果發現，成人大腦的初級運動區、軀體感覺區與顳下回呈現左側化連接，而頂下小葉、背側運動前區和楔前葉呈現右側化連接，且都以整合模式為主（圖1）。最重要的是，這些腦區偏側化在不同任務情境中呈現高度穩定性。這種穩定的連接偏側化可能編碼了基本運動程序，幫助人們在不同任務情境中保持運動水平的穩定性。此外，背側前運動區呈現左側化分離與右側化整合共存的復雜模式，且偏側化程度隨任務情境發生變化。這種靈活的偏側化模式能夠幫助腦功能系統適應不同運動任務的需求，反映了高階腦運動系統的屬性。

圖1. 成人被試在手寫和畫圖任務以及靜息狀態下表現出連接偏側化的腦區

左側化整合腦區（A）、左側化分離腦區（B）、右側化整合腦區（C）、右側化分離腦區（D）

與成人的結果不同，在10歲左右的兒童被試中，未觀察到感覺運動皮層表現出顯著的功能連接偏側化，更未發現不同任務狀態下的功能連接偏側化的穩定性（圖2）。這表明，復雜視覺運動任務中功能連接偏側化的建立需要相當長時間的發育過程。

圖2. 兒童被試在手寫和畫圖任務中表現出功能連接偏側化的腦區

左側化整合腦區 (A)、左側化分離腦區 (B)、右側化整合腦區 (C) 、右側化分離腦區(D)

最后，從方法學的角度，該研究探究了功能連接與局部腦激活兩種偏側化指標的關系。結果發現，無論是兒童還是成人，在局部腦激活層面，感覺運動皮層均已表現出顯著的偏側化，而且，偏側化程度在不同任務狀態下呈現出顯著變化，這與功能連接偏側化模式完全不同。相關分析還發現，功能連接與腦激活偏側化系數相關度很低。這表明，功能連接偏側化是一種獨立的腦功能指標。

綜上，該研究系統揭示了不同任務狀態下感覺運動皮層功能連接偏側化特征及其變化模式，加深了人們對人類運動腦功能系統組織模式的認識，強調了功能連接偏側化的測量在腦功能偏側化研究中的重要性。

該研究成果已經在線發表于The Journal of Neuroscience，心理所副研究員楊煬為第一作者，北京師范大學周可教授為通訊作者。該研究得到科技創新2030-腦科學與類腦研究重大項目、國家自然科學基金與心理研究所“揭榜掛帥”等支持。

論文信息：

Yang Y, Li J, Zhao K, Tam F, Graham SJ, Xu M and Zhou K (2024). Lateralized functional connectivity of the sensorimotor cortex and its variations during complex visuomotor tasks. The Journal of Neuroscience. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0723-23.2023