大腦左右半球功能不對稱(chēng)性是大腦功能組織的重要特征，功能偏側化是探索人類(lèi)認知能力腦機制的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。已有研究發(fā)現，運動(dòng)功能主要由左側大腦主導，且這種左側化會(huì )受到任務(wù)和環(huán)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(wù)狀態(tài)下功能連接偏側化變化趨勢的研究。

為此，中國科學(xué)院心理研究所畢鴻燕研究組副研究員楊煬開(kāi)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(lèi)復雜視覺(jué)運動(dòng)過(guò)程中（寫(xiě)字與畫(huà)圖）腦功能連接偏側化模式。同時(shí)，通過(guò)操作任務(wù)因素（運動(dòng)經(jīng)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(lèi)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(fā)現，成人大腦的初級運動(dòng)區、軀體感覺(jué)區與顳下回呈現左側化連接，而頂下小葉、背側運動(dòng)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(wù)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(dòng)程序，幫助人們在不同任務(wù)情境中保持運動(dòng)水平的穩定性。此外，背側前運動(dòng)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(wù)情境發(fā)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(dòng)任務(wù)的需求，反映了高階腦運動(dòng)系統的屬性。

圖1. 成人被試在手寫(xiě)和畫(huà)圖任務(wù)以及靜息狀態(tài)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(guān)察到感覺(jué)運動(dòng)皮層表現出顯著(zhù)的功能連接偏側化，更未發(fā)現不同任務(wù)狀態(tài)下的功能連接偏側化的穩定性（圖2）。這表明，復雜視覺(jué)運動(dòng)任務(wù)中功能連接偏側化的建立需要相當長(cháng)時(shí)間的發(fā)育過(guò)程。

圖2. 兒童被試在手寫(xiě)和畫(huà)圖任務(wù)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(xué)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(guān)系。結果發(fā)現，無(wú)論是兒童還是成人，在局部腦激活層面，感覺(jué)運動(dòng)皮層均已表現出顯著(zhù)的偏側化，而且，偏側化程度在不同任務(wù)狀態(tài)下呈現出顯著(zhù)變化，這與功能連接偏側化模式完全不同。相關(guān)分析還發(fā)現，功能連接與腦激活偏側化系數相關(guān)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(wù)狀態(tài)下感覺(jué)運動(dòng)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(lèi)運動(dòng)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(jīng)在線(xiàn)發(fā)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(xué)周可教授為通訊作者。該研究得到科技創(chuàng )新2030-腦科學(xué)與類(lèi)腦研究重大項目、國家自然科學(xué)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