PET在人类随意运动控制研究中的应用
作者：黄力平 刘永宁
单位：黄力平(河北省人民医院康复科，石家庄，050071)
关键词：
中国康复医学杂志000225 人类日常生活和社会活动的全部内容表现为行为。从广义上讲，行为就是运动，例如进食、讲话、走路、书写、学习、目视等。因此，多年来科学家们在众多领域为研究运动及其控制的机制倾注了大量心血。应用解剖、生理、生物化学、药理学，甚至分子生物学方法等多种途径确定了动物和人类随意运动控制中某些基本的解剖结构、大体功能及各结构间的相互联系，提出了许多有价值的假说、学说，为了解人类自身的行为做出了不可磨灭的贡献。但由于研究条件的限制，目前对人类随意运动的中枢控制机制的了解甚微，还远远没有认识该复杂系统的全部。近30年来，医学影像学技术飞速发展，特别是最近十几年，PET、fMRI和ET等新技术不断涌现，将医学研究进一步推向深入，也为运动控制研究提供了一条新的途径。大量有关PET的研究文章为揭示人类随意运动的发起、编程、执行等提供了不少有价值的信息，对了解如何提高运动能力及中枢神经系统损伤与功能关系，发展新的治疗手段都具有重要意义。下面简要概述其在该领域的应用情况。
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1 什么是PET？
PET意为正电子发射计算机断层扫描(positron emission tomography)，是80年代初继γ-照像技术发明以后，核医学上又一个重要里程碑，是当今国际核医学最前沿的技术。它是应用能参与生物体内正常代谢的标记核素于人体，将人体重要器官的物质代谢、功能和结构三方面的变化信息同时进行综合观察和研究。其工作原理为：利用放射性核素标记的生理性示踪物，如H215O、C15O2、11C-脱氧葡萄糖、11C-葡萄糖等在衰变进程中发射正电子，这些正电子通过机体组织时不断消耗能，最后被周围自由电子俘获而湮灭，湮灭的粒子放出两个互成180°、能量各为0.5MeV的光子。湮没辐射的两个光子几乎在同一轴线上，用2个相对的闪烁探头，把这两个光子探测下来，形成一个电讯号，送往分析器由计算机成像。断层成像技术能够显示出放射性核素在体内的立体分布图像，它得到的断层图像基本上能完全排除层面以外放射性干扰，深度方面的空间分辨率较高，可以得到三维立体信息，准确测定单位体积的放射性深度。使用PET，根据核素显像剂在组织中动态分布能显示出局部脑血容量，局部脑血流量((regional cerebral blood flow，rCBF)、局部脑糖代谢和脑局部耗氧量情况。这些内容都是相互联系的。由于测量rCBF简便、易操作，并与脑代谢密切相关，因此许多研究采用rCBF作为观察指标。rCBF多用77Kr，C15O2，H215O，13NH3示踪标记。一定量的标记核素吸入(77Kr)或静脉注入(H215O)人体后，立即用PET以一定的时间间隔收集数据6～10min，贮存在存贮器中。通过计算机计算出脑内各层面的局部血流量，再处理成彩色功能图像，得出脑局部血流量和局部脑功能状态。放射性核素进入脑细胞的量与局部脑血流量成正比，因此PET也可对局部脑血流量进行定量分析〔1～3〕。Ball〔4,5〕在PET对脑功能研究的稳定性实验表明，不同时日，静态或动态活动时，PET显像变化很稳定。由于PET可以使用直接参与细胞代谢的核素，也可观察脑细胞的活动，甚至观察大脑在思维活动中的兴奋与抑制。使得它的研究达到了细胞和分子水平。
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2 rCBF能够反映中枢神经元的活动吗？
Roy和Sherrington第一次提示脑血流量受功能活动时代谢的调节，之后若干年人们对脑代谢、脑功能性活动与脑血流量进行了大量的研究：Gray〔6〕研究表明，正常脑皮层，已知一个区域的功能增加，可以产生神经元及胶质细胞代谢的增强，同时那个区域的脑血流量增加。证明脑血流量测定可以代表脑区域皮层的激活。 Sokodoff〔7〕的研究也显示在整个神经系统中，神经元的电活性变化可以提高维持神经元细胞离子梯度所必需的局部组织的代谢活性，因此，后者可作为神经元功能的指标。Raichle〔8〕和Leenders〔9〕以及Roland〔10〕研究都表明，正常生理情况下，区域性脑血流量与区域性脑代谢率呈正相关。Fox〔11〕用PET研究表明脑组织代谢活性检测的敏感性和定位的精确性与区域性脑血流量相同。 Ginsberg〔12〕利用双标记放射自显影技术的研究甚至表明，大鼠前脑激活时，局部脑葡萄糖利用率和脑局部血流量间的相关可以精确到功能性细胞柱的各层细胞水平。在不同脑功能状态下，对脑代谢与血流量间关系的研究也表明二者存在显著正相关。癫痫发作时，发作区脑代谢增强，PET显示局部脑血流量增加，而发作缓解时，脑血流量恢复。麻醉或神经能通路中断时，脑葡萄糖代谢率和脑血流量相应减低；有些药物对中枢神经系统有抑制或兴奋作用，脑代谢及脑血流量显示相应变化〔1～3〕。脑血流量测定代表了对神经元激活时代谢反应的时间整合，是核素到达脑内直到扫描完成的时间内神经元的活动程度。因此，它可作为运动时神经元突触活性的间接指标。
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3 PET在人类随意运动控制中的应用〔13〕
3.1 rCBF在脑区定位研究中的应用
既往研究运动控制的方法主要采用电生理学、中枢毁损、临床观察、神经化学等方法。这些方法为我们了解动物及人类随意运动控制奠定了基础。但这些研究中肌肉的活动常不是在自然生理情况下的活动，人们并不太了解机体进行正常活动时到底那些脑部位参加了。PET在这方面提供了观察、研究的可能。目前利用PET测定rCBF增减以确定参与运动控制脑区定位的研究主要集中在上肢运动、手运动以及视运动活动上。也有一少部分研究涉及足部活动和口腔颜面运动。近些年来比较重要的部分文献见附表。
3.2 rCBF在揭示运动控制机能联系中的应用
PET定位的目的在于揭示运动功能与脑区间的机能联系。rCBF本身只能反映某特定时间内脑区放射性浓度的平均值，并不能说明时间顺序；中枢神经系统各级中枢对运动的控制以及同一中枢不同部位对运动的控制，除了有空间的协调，也一定有时间上的差异。通过不同运动任务的设计，PET可以反映这些关系。利用PET技术研究中枢运动控制机制目前多采用下述三种方法：(1)通过不同运动任务设计，研究脑区参与的部位和大小，从而反映各脑区的机能；(2)通过不同任务设计研究同一脑区被激活与否，了解该脑区的功能；(3)通过局部脑损伤患者执行不同运动任务的困难，了解受损脑区的功能。
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附表 PET在人类随意运动控制研究中的重要文献 作者(年代)
任务活动
脑区rCBF变化
orgogozo〔14〕
足持续抗阻运动
对侧SMI血流增加
(1970)
足趾顺序活动
SMI相应代表区
手指顺序活动
SMA血流增加
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大声数数
SMA无特定躯体定位
示齿、鼓唇活动，眼活动，默数数字
无脑皮层血流量变化
Roland〔15〕
计划手指运动
对侧SMA血流增加
(1980)
执行手指运动
对侧SMI、SMA、PMC背部、手感觉皮层、双侧额下区皮层血流增加
躯体感觉物体形状而无运动
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无有关运动皮层激活
单一手指反复快速屈曲或持续等长收缩
对侧SMI手区血流增加
Roland〔16〕
手迷宫爬格试验
两侧SMA、PMC背部、顶叶上、下部和对侧SMI血流增加
(1980)
手指空中划圈运动
两侧SMA、PMC背部、项叶上、下部和对侧SMI血流增加，尤其是顶叶血流增加更著
Colebatch〔17〕
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食指外展、握拳
对侧SMI、SMA、PMC血流增加
(1991)
简单顺序性对指运动
仅对侧SMI血流增加
肩关节屈曲
除上述部位同侧SMI和小脑蚓部血流增加
Grafton〔18〕
食指追踪移动目标
SMI、SMA、扣带回、枕区、上额区、基底节、丘脑、小脑血流增加
(1992)
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食指追踪2个移动目标
双侧顶叶上部血流明显增加
Shibaski〔19〕
简单手指活动
对侧SMI、SMA，扣带回血流增加
(1993)
复杂手指顺序活动
对侧SMI、SMA、PMC，同侧小脑，对侧扣带回，壳核血流增加
Jonies〔20〕
(1993)
, http://www.100md.com 空间操作记忆试验
前额皮层、枕皮层、顶皮层，前运动皮层血流增加
Deiber〔21〕
(1996)
运动准备的活动(手指不同方向运动)
对侧SMI、扣带回、SMA对侧顶联合皮层、基底节、丘脑、同侧小脑血流增加，尤以顶皮层著
Bartenstein〔22〕
(1997)
Hungtington病手指对指运动
纹状体、前扣带回、PMC、SMA血流下降，顶叶血流增加
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Weeks〔23〕
(1997)
Hungtington病手臂运动
对侧SMI、PMC内侧，双顶叶双侧SMA、基底节血流减少，双侧脑岛血流增加
Inoue〔24〕
右手食指指灯
左半球缘上皮层、PMC、扣带回、丘脑
(1998)
(视觉反射组)
右尾核血流增加
, http://www.100md.com (非视觉反射组)
右小脑蚓部血流增加
Catalan〔25〕
简单重复对指活动
对侧SMI,PMC,SMA同侧小脑血流增加
(1998)
三种不同次数和顺序的对指运动
同侧PMC、对侧顶后区、前楔叶及上述区血流增加
Jueptner〔26〕
手指顺序按键活动
基底节、额叶皮层、PMC、SMI、血流量增加
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(1998)
自由取向画线及线段复制
新小脑皮层、小脑核蚓部血流增加
被动屈伸肘关节
小脑皮层血流增加
Cornetle〔27〕
运动撤除
人类颞中回皮层、楔叶、顶岛区血流增加
(1998)
运动开始
扣带回后部血流增加
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SMI:感觉运动皮层；SMA:运动辅助区；PMC:前运动皮层；rCBF:区域性脑血流量
第一种方法的代表性研究为Jueptner和Weiller〔26〕对小脑和基底节功能的研究。他们设计了三组实验。首先一组为右手顺序性按键学习试验，包括学习新顺序性活动(手指顺序按键)，过度学习活动(预先反复练习的手指按键活动)，自由选择按键活动和中指重复性按键活动。目的是了解参与运动控制的各脑区在练习活动、选择运动和改善运动能力中所发挥的不同作用。结果表明，受试者做决定和执行运动时皮层区被激活，rCBF增加。第二组实验任务为在荧屏上画线及复制线段的视运动试验。包括自由选向画线，复制线段和只用眼看屏幕上线段缩短。这种视觉诱导的连续运动目的是了解基底节和小脑在这些活动中的作用。结果表明，在该组试验时仅小脑被激活。说明小脑更多地接受视觉信息而使运动达到最佳。第三组为被动活动试验，了解感觉输入对基底节和小脑在运动控制中的影响。结果表明，被动肘关节屈伸时基底节rCBF没有改变，而小脑rCBF显著增加，且与主动活动时相同。可以看出，在运动执行过程中的小脑信号可能仅代表了感觉反馈信息的处理过程，而基底节则主要与运动选择或适当肌肉选择有关。此外，在实验中通过上述各个运动任务对皮层激活的分析，证实了人类基底节-丘脑-皮层环路的存在。Catalan〔25〕也应用同样的方法，通过对一组受试者进行简单手指活动和不同对指顺序及次数的复杂对指活动时大脑皮层rCBF研究揭示，对侧初级运动皮层、前运动皮层、辅助运动区和同侧小脑是运动执行区域，而同侧前运动区、同侧顶后区与运动序列的长度有关，证实后者参与空间操作记忆中运动顺序的贮存。还有许多研究者通过这种方法做了大量工作〔14～24,27〕。
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第二种方法的典型代表是Orgogozo和Larsen〔14〕对人脑辅助运动区的研究。他们选择足、手、口、眼四个部位的运动活动即：对侧足持续性抗阻收缩、复杂足趾顺序性运动、顺序性手指运动、大声数数、顺序性口腔运动(示齿和鼓唇)、眼追寻运动和默数数字。结果第一项运动仅使感觉运动皮层rCBF增加，默数数字没有引起任何脑区rCBF改变，其余各项活动均可使运动辅助区(SMA)的rCBF呈不同程度的增加。因而表明SMA区是启动运动和贮存运动顺序的脑区，是比感觉运动皮层(SMI)更高级的一级中枢，但它在手、足、口、眼运动中都参与，没有表现出躯体定位特异性。
第三种方法的代表性研究为Halsband〔28〕对MRI确定的单侧前运动皮层(PMC)损伤患者和单侧SMA损伤患者运动时间控制的PET研究。这些患者都保留手的活动能力。PMC损伤者在学习左手、右手或双手交替运动节奏的时间调整活动时，障碍极为显著，此时不伴有手精细活动障碍及判别节奏方式的障碍。SMA损伤者进行随声音提示从记忆中搜寻运动节奏时，表现出极大困难，但能在听节拍本身形成运动节奏。因而证实SMA和PMC主要在形成运动顺序时规划时间中起作用。Sirigu〔29〕研究也表明，顶皮层损伤患者计划和发起手指活动障碍，运动输出时间组织障碍，证实顶皮层参与运动发起和时间计划控制活动。Bartenstein〔22〕和Weeks〔23〕应用PET于Huntington氏病的运动障碍研究，发现做手指对指活动时，纹状体、前扣带回、PMC和SMA的rCBF明显下降，而顶皮层rCBF增加；做手臂活动时，对侧SMI,PMC内侧、双顶叶、双SMA和基底节活性下降，而双岛叶皮层活性增加。Huntington氏病具有复杂的运动障碍表现，这些研究有助于阐明其运动障碍的产生机制，从而为其治疗及康复训练提供依据。
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4 PET在运动控制中应用的局限
PET研究可以比较直观地观察人体机能活动中运动控制情况，且放射剂量很小，可反复连续测试，是一种无创性技术。但像许多其它技术一样，它也存在一定的局限，需与其它技术相互配合、补充。
首先，PET图像的解剖结构分辨不如X线、CT及MRI清晰，与邻近器官的功能关系不甚明了，常需借助颅骨明显标志，对照标准图谱确定部位，或借助MRI定位。图像处理复杂，需专门人员辅助〔3〕。其次，显像受介入频率的影响，低于1.0Hz或高于8.0Hz的任务刺激都不能在PET图像上良好地显示出来，1.0～8.0Hz是最佳刺激频率，并认为可能与“活动-恢复循环”有关〔30〕。但也有人认为0.5Hz也可良好显像，这方面还需进一步研究。再有，PET对rCBF测定目前多采用相减方法，因而设立比较的参照对象非常重要，同样的研究如参照不同，rCBF指标会有不同的反映，故应根据研究目的设立适当对照。
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刘永宁(审校)
参考文献
1 梁仁,傅以新,魏守立主编.核医学.广东科技出版社,1994,78-80.
2 冉春生,姜学麟主编.神经系统疾病影像诊断学.科技文献出版社,1995,39-46.
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4 Ball S,Fox PT,Herscovith P,et al.Control-state stability for PET brain imaging:"eye-closed rest",same day versus seperate day(abstract).Neurology,1988,38:363.
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5 Ball S,Fox PT,Pardo J,et al.Control-state stability for PET brain imaging:rest versus task(abstract).Neurology,1988,38:363.
6 Gray TK,Munson PL.Thyrocalcitonin:evidence for physiological function.Science,1969,166:512.
7 Sokoloff L.Relation between physiological function and energy Metabolisim in the cantral nervous system.J Neurochem,1979,29:13-26.
8 Raichle ME,Grub RL,Gado MH,et al.Correlation between regional cerebral blood flow and oxidative metablism.Arch Neurol,1976,33:523-526.
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15 Roland PE,Larsen B,Lassen NA,et al.Supplemenary motor area and other cortical areas in organizatian of voluitary movements in man.J Neurophysiol,1980,43(1):118-136.
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22 Bartenstein A,Weind IA,Spiegel S,et al.Central motor processing in Huntington′s disease:A PET study.Brain,1997,120:1553-1567.
23 Weeks RA,Ceballo-Bawmann A,Piccini P,et al.Cortical control of movement in Huntington's disease.A PET activation study.Brain,1997,120:1553-1567.
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26 Jueptner M,Weiller C.A review of differences between basal ganglia and cerebellar control of movements as revealed by functional imaging studies.Brain,1998,121:1437-1449.
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29 Sirigu A,Duhamel JD,Cohen L,et al.Mental representation of hand movements after partietal cortex damage.Science,1996,273:1564-1568.
30 Fox PT,Raichle ME.Stimulus rate dependence of regional cerebral blood flow in human striate cortex demonstrated by positron emission tomography.J Neurophysiol,1984,51:1109-1120.
收稿日期：1999-03-07
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单位：黄力平(河北省人民医院康复科，石家庄，050071)
关键词：
中国康复医学杂志000225 人类日常生活和社会活动的全部内容表现为行为。从广义上讲，行为就是运动，例如进食、讲话、走路、书写、学习、目视等。因此，多年来科学家们在众多领域为研究运动及其控制的机制倾注了大量心血。应用解剖、生理、生物化学、药理学，甚至分子生物学方法等多种途径确定了动物和人类随意运动控制中某些基本的解剖结构、大体功能及各结构间的相互联系，提出了许多有价值的假说、学说，为了解人类自身的行为做出了不可磨灭的贡献。但由于研究条件的限制，目前对人类随意运动的中枢控制机制的了解甚微，还远远没有认识该复杂系统的全部。近30年来，医学影像学技术飞速发展，特别是最近十几年，PET、fMRI和ET等新技术不断涌现，将医学研究进一步推向深入，也为运动控制研究提供了一条新的途径。大量有关PET的研究文章为揭示人类随意运动的发起、编程、执行等提供了不少有价值的信息，对了解如何提高运动能力及中枢神经系统损伤与功能关系，发展新的治疗手段都具有重要意义。下面简要概述其在该领域的应用情况。
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1 什么是PET？
PET意为正电子发射计算机断层扫描(positron emission tomography)，是80年代初继γ-照像技术发明以后，核医学上又一个重要里程碑，是当今国际核医学最前沿的技术。它是应用能参与生物体内正常代谢的标记核素于人体，将人体重要器官的物质代谢、功能和结构三方面的变化信息同时进行综合观察和研究。其工作原理为：利用放射性核素标记的生理性示踪物，如H215O、C15O2、11C-脱氧葡萄糖、11C-葡萄糖等在衰变进程中发射正电子，这些正电子通过机体组织时不断消耗能，最后被周围自由电子俘获而湮灭，湮灭的粒子放出两个互成180°、能量各为0.5MeV的光子。湮没辐射的两个光子几乎在同一轴线上，用2个相对的闪烁探头，把这两个光子探测下来，形成一个电讯号，送往分析器由计算机成像。断层成像技术能够显示出放射性核素在体内的立体分布图像，它得到的断层图像基本上能完全排除层面以外放射性干扰，深度方面的空间分辨率较高，可以得到三维立体信息，准确测定单位体积的放射性深度。使用PET，根据核素显像剂在组织中动态分布能显示出局部脑血容量，局部脑血流量((regional cerebral blood flow，rCBF)、局部脑糖代谢和脑局部耗氧量情况。这些内容都是相互联系的。由于测量rCBF简便、易操作，并与脑代谢密切相关，因此许多研究采用rCBF作为观察指标。rCBF多用77Kr，C15O2，H215O，13NH3示踪标记。一定量的标记核素吸入(77Kr)或静脉注入(H215O)人体后，立即用PET以一定的时间间隔收集数据6～10min，贮存在存贮器中。通过计算机计算出脑内各层面的局部血流量，再处理成彩色功能图像，得出脑局部血流量和局部脑功能状态。放射性核素进入脑细胞的量与局部脑血流量成正比，因此PET也可对局部脑血流量进行定量分析〔1～3〕。Ball〔4,5〕在PET对脑功能研究的稳定性实验表明，不同时日，静态或动态活动时，PET显像变化很稳定。由于PET可以使用直接参与细胞代谢的核素，也可观察脑细胞的活动，甚至观察大脑在思维活动中的兴奋与抑制。使得它的研究达到了细胞和分子水平。
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2 rCBF能够反映中枢神经元的活动吗？
Roy和Sherrington第一次提示脑血流量受功能活动时代谢的调节，之后若干年人们对脑代谢、脑功能性活动与脑血流量进行了大量的研究：Gray〔6〕研究表明，正常脑皮层，已知一个区域的功能增加，可以产生神经元及胶质细胞代谢的增强，同时那个区域的脑血流量增加。证明脑血流量测定可以代表脑区域皮层的激活。 Sokodoff〔7〕的研究也显示在整个神经系统中，神经元的电活性变化可以提高维持神经元细胞离子梯度所必需的局部组织的代谢活性，因此，后者可作为神经元功能的指标。Raichle〔8〕和Leenders〔9〕以及Roland〔10〕研究都表明，正常生理情况下，区域性脑血流量与区域性脑代谢率呈正相关。Fox〔11〕用PET研究表明脑组织代谢活性检测的敏感性和定位的精确性与区域性脑血流量相同。 Ginsberg〔12〕利用双标记放射自显影技术的研究甚至表明，大鼠前脑激活时，局部脑葡萄糖利用率和脑局部血流量间的相关可以精确到功能性细胞柱的各层细胞水平。在不同脑功能状态下，对脑代谢与血流量间关系的研究也表明二者存在显著正相关。癫痫发作时，发作区脑代谢增强，PET显示局部脑血流量增加，而发作缓解时，脑血流量恢复。麻醉或神经能通路中断时，脑葡萄糖代谢率和脑血流量相应减低；有些药物对中枢神经系统有抑制或兴奋作用，脑代谢及脑血流量显示相应变化〔1～3〕。脑血流量测定代表了对神经元激活时代谢反应的时间整合，是核素到达脑内直到扫描完成的时间内神经元的活动程度。因此，它可作为运动时神经元突触活性的间接指标。
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3 PET在人类随意运动控制中的应用〔13〕
3.1 rCBF在脑区定位研究中的应用
既往研究运动控制的方法主要采用电生理学、中枢毁损、临床观察、神经化学等方法。这些方法为我们了解动物及人类随意运动控制奠定了基础。但这些研究中肌肉的活动常不是在自然生理情况下的活动，人们并不太了解机体进行正常活动时到底那些脑部位参加了。PET在这方面提供了观察、研究的可能。目前利用PET测定rCBF增减以确定参与运动控制脑区定位的研究主要集中在上肢运动、手运动以及视运动活动上。也有一少部分研究涉及足部活动和口腔颜面运动。近些年来比较重要的部分文献见附表。
3.2 rCBF在揭示运动控制机能联系中的应用
PET定位的目的在于揭示运动功能与脑区间的机能联系。rCBF本身只能反映某特定时间内脑区放射性浓度的平均值，并不能说明时间顺序；中枢神经系统各级中枢对运动的控制以及同一中枢不同部位对运动的控制，除了有空间的协调，也一定有时间上的差异。通过不同运动任务的设计，PET可以反映这些关系。利用PET技术研究中枢运动控制机制目前多采用下述三种方法：(1)通过不同运动任务设计，研究脑区参与的部位和大小，从而反映各脑区的机能；(2)通过不同任务设计研究同一脑区被激活与否，了解该脑区的功能；(3)通过局部脑损伤患者执行不同运动任务的困难，了解受损脑区的功能。
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附表 PET在人类随意运动控制研究中的重要文献 作者(年代)
任务活动
脑区rCBF变化
orgogozo〔14〕
足持续抗阻运动
对侧SMI血流增加
(1970)
足趾顺序活动
SMI相应代表区
手指顺序活动
SMA血流增加
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大声数数
SMA无特定躯体定位
示齿、鼓唇活动，眼活动，默数数字
无脑皮层血流量变化
Roland〔15〕
计划手指运动
对侧SMA血流增加
(1980)
执行手指运动
对侧SMI、SMA、PMC背部、手感觉皮层、双侧额下区皮层血流增加
躯体感觉物体形状而无运动
, http://www.100md.com
无有关运动皮层激活
单一手指反复快速屈曲或持续等长收缩
对侧SMI手区血流增加
Roland〔16〕
手迷宫爬格试验
两侧SMA、PMC背部、顶叶上、下部和对侧SMI血流增加
(1980)
手指空中划圈运动
两侧SMA、PMC背部、项叶上、下部和对侧SMI血流增加，尤其是顶叶血流增加更著
Colebatch〔17〕
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食指外展、握拳
对侧SMI、SMA、PMC血流增加
(1991)
简单顺序性对指运动
仅对侧SMI血流增加
肩关节屈曲
除上述部位同侧SMI和小脑蚓部血流增加
Grafton〔18〕
食指追踪移动目标
SMI、SMA、扣带回、枕区、上额区、基底节、丘脑、小脑血流增加
(1992)
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食指追踪2个移动目标
双侧顶叶上部血流明显增加
Shibaski〔19〕
简单手指活动
对侧SMI、SMA，扣带回血流增加
(1993)
复杂手指顺序活动
对侧SMI、SMA、PMC，同侧小脑，对侧扣带回，壳核血流增加
Jonies〔20〕
(1993)
, http://www.100md.com 空间操作记忆试验
前额皮层、枕皮层、顶皮层，前运动皮层血流增加
Deiber〔21〕
(1996)
运动准备的活动(手指不同方向运动)
对侧SMI、扣带回、SMA对侧顶联合皮层、基底节、丘脑、同侧小脑血流增加，尤以顶皮层著
Bartenstein〔22〕
(1997)
Hungtington病手指对指运动
纹状体、前扣带回、PMC、SMA血流下降，顶叶血流增加
, 百拇医药
Weeks〔23〕
(1997)
Hungtington病手臂运动
对侧SMI、PMC内侧，双顶叶双侧SMA、基底节血流减少，双侧脑岛血流增加
Inoue〔24〕
右手食指指灯
左半球缘上皮层、PMC、扣带回、丘脑
(1998)
(视觉反射组)
右尾核血流增加
, http://www.100md.com (非视觉反射组)
右小脑蚓部血流增加
Catalan〔25〕
简单重复对指活动
对侧SMI,PMC,SMA同侧小脑血流增加
(1998)
三种不同次数和顺序的对指运动
同侧PMC、对侧顶后区、前楔叶及上述区血流增加
Jueptner〔26〕
手指顺序按键活动
基底节、额叶皮层、PMC、SMI、血流量增加
, 百拇医药
(1998)
自由取向画线及线段复制
新小脑皮层、小脑核蚓部血流增加
被动屈伸肘关节
小脑皮层血流增加
Cornetle〔27〕
运动撤除
人类颞中回皮层、楔叶、顶岛区血流增加
(1998)
运动开始
扣带回后部血流增加
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SMI:感觉运动皮层；SMA:运动辅助区；PMC:前运动皮层；rCBF:区域性脑血流量
第一种方法的代表性研究为Jueptner和Weiller〔26〕对小脑和基底节功能的研究。他们设计了三组实验。首先一组为右手顺序性按键学习试验，包括学习新顺序性活动(手指顺序按键)，过度学习活动(预先反复练习的手指按键活动)，自由选择按键活动和中指重复性按键活动。目的是了解参与运动控制的各脑区在练习活动、选择运动和改善运动能力中所发挥的不同作用。结果表明，受试者做决定和执行运动时皮层区被激活，rCBF增加。第二组实验任务为在荧屏上画线及复制线段的视运动试验。包括自由选向画线，复制线段和只用眼看屏幕上线段缩短。这种视觉诱导的连续运动目的是了解基底节和小脑在这些活动中的作用。结果表明，在该组试验时仅小脑被激活。说明小脑更多地接受视觉信息而使运动达到最佳。第三组为被动活动试验，了解感觉输入对基底节和小脑在运动控制中的影响。结果表明，被动肘关节屈伸时基底节rCBF没有改变，而小脑rCBF显著增加，且与主动活动时相同。可以看出，在运动执行过程中的小脑信号可能仅代表了感觉反馈信息的处理过程，而基底节则主要与运动选择或适当肌肉选择有关。此外，在实验中通过上述各个运动任务对皮层激活的分析，证实了人类基底节-丘脑-皮层环路的存在。Catalan〔25〕也应用同样的方法，通过对一组受试者进行简单手指活动和不同对指顺序及次数的复杂对指活动时大脑皮层rCBF研究揭示，对侧初级运动皮层、前运动皮层、辅助运动区和同侧小脑是运动执行区域，而同侧前运动区、同侧顶后区与运动序列的长度有关，证实后者参与空间操作记忆中运动顺序的贮存。还有许多研究者通过这种方法做了大量工作〔14～24,27〕。
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第二种方法的典型代表是Orgogozo和Larsen〔14〕对人脑辅助运动区的研究。他们选择足、手、口、眼四个部位的运动活动即：对侧足持续性抗阻收缩、复杂足趾顺序性运动、顺序性手指运动、大声数数、顺序性口腔运动(示齿和鼓唇)、眼追寻运动和默数数字。结果第一项运动仅使感觉运动皮层rCBF增加，默数数字没有引起任何脑区rCBF改变，其余各项活动均可使运动辅助区(SMA)的rCBF呈不同程度的增加。因而表明SMA区是启动运动和贮存运动顺序的脑区，是比感觉运动皮层(SMI)更高级的一级中枢，但它在手、足、口、眼运动中都参与，没有表现出躯体定位特异性。
第三种方法的代表性研究为Halsband〔28〕对MRI确定的单侧前运动皮层(PMC)损伤患者和单侧SMA损伤患者运动时间控制的PET研究。这些患者都保留手的活动能力。PMC损伤者在学习左手、右手或双手交替运动节奏的时间调整活动时，障碍极为显著，此时不伴有手精细活动障碍及判别节奏方式的障碍。SMA损伤者进行随声音提示从记忆中搜寻运动节奏时，表现出极大困难，但能在听节拍本身形成运动节奏。因而证实SMA和PMC主要在形成运动顺序时规划时间中起作用。Sirigu〔29〕研究也表明，顶皮层损伤患者计划和发起手指活动障碍，运动输出时间组织障碍，证实顶皮层参与运动发起和时间计划控制活动。Bartenstein〔22〕和Weeks〔23〕应用PET于Huntington氏病的运动障碍研究，发现做手指对指活动时，纹状体、前扣带回、PMC和SMA的rCBF明显下降，而顶皮层rCBF增加；做手臂活动时，对侧SMI,PMC内侧、双顶叶、双SMA和基底节活性下降，而双岛叶皮层活性增加。Huntington氏病具有复杂的运动障碍表现，这些研究有助于阐明其运动障碍的产生机制，从而为其治疗及康复训练提供依据。
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4 PET在运动控制中应用的局限
PET研究可以比较直观地观察人体机能活动中运动控制情况，且放射剂量很小，可反复连续测试，是一种无创性技术。但像许多其它技术一样，它也存在一定的局限，需与其它技术相互配合、补充。
首先，PET图像的解剖结构分辨不如X线、CT及MRI清晰，与邻近器官的功能关系不甚明了，常需借助颅骨明显标志，对照标准图谱确定部位，或借助MRI定位。图像处理复杂，需专门人员辅助〔3〕。其次，显像受介入频率的影响，低于1.0Hz或高于8.0Hz的任务刺激都不能在PET图像上良好地显示出来，1.0～8.0Hz是最佳刺激频率，并认为可能与“活动-恢复循环”有关〔30〕。但也有人认为0.5Hz也可良好显像，这方面还需进一步研究。再有，PET对rCBF测定目前多采用相减方法，因而设立比较的参照对象非常重要，同样的研究如参照不同，rCBF指标会有不同的反映，故应根据研究目的设立适当对照。
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刘永宁(审校)
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收稿日期：1999-03-07
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