用手习惯与任务需求对运动皮层侧化的影响：一项横断面功能性近红外光谱（fNIRS）研究

《NeuroImage》：Handedness and task demands modulate motor cortex lateralization: a cross-sectional fNIRS study

本研究比较了左右利手者在两种运动任务中的大脑激活不对称性，发现左利手者激活模式更双侧化，右侧优势半球在非惯用手任务中激活更强，提示大脑不对称性可能影响中风恢复机制。

　　脑的不对称性在运动控制中扮演着重要的角色，这在大多数人中尤为明显。研究普遍认为，在上肢运动控制过程中，对侧大脑半球会被激活。然而，这种激活的不对称性可能受到多种因素的影响，包括手动偏好、使用主导手或非主导手以及执行的任务类型。本研究旨在探讨手动偏好、任务类型以及使用主导或非主导手对大脑皮层激活不对称性的影响。通过使用功能性近红外光谱（fNIRS）技术，我们对25名右利手和25名左利手的健康个体进行了分析，观察他们在执行两种不同的运动任务时的大脑激活模式。

右利手的人群在日常活动中普遍使用右手，占整体人口的约90%。他们的大脑功能通常表现出较强的不对称性，左侧半球在运动和语言功能中占据主导地位。这种不对称性可能源于遗传和非遗传因素的共同作用，并且可能是为了优化大脑功能效率的一种适应性现象。相反，左利手的人群则显示出较弱的脑部不对称性。结构上，右利手的大脑表现出更强的不对称性，而左利手的大脑则呈现出更平衡的结构特征。功能上，右利手在使用主导手进行运动时，对侧M1区的激活变化较小，而同侧的去激活更为显著。这种现象可能反映了大脑在执行复杂任务时，需要更强的双侧交互来协调精确的动作执行。

在左利手人群中，使用非主导手时的激活模式似乎更倾向于双侧，这可能与他们的大脑结构和功能特点有关。左利手的脑间连接更平衡，这使得他们在使用主导或非主导手进行运动时，大脑的参与更加对称。例如，一项针对284名健康参与者的研究显示，右利手在使用主导手时表现出更强的同侧去激活，而在左利手人群中，这种差异并不显著，表明他们的运动控制更倾向于双侧参与。这些发现提示我们，非主导手的使用可能需要更对称的大脑激活，尤其是在右利手人群中，而左利手则可能由于其本身更平衡的大脑结构，表现出更少的不对称激活。

为了更深入地研究这种不对称性，我们采用了fNIRS技术，因为它不仅非侵入性，而且对运动的容忍度较高，能够测量更自然的运动行为。与fMRI相比，fNIRS在实验中对受试者的姿势和运动限制较少，使得研究更加贴近实际生活情境。同时，fNIRS在传感器和头皮之间的耦合测量上表现良好，能够准确捕捉大脑氧合血红蛋白（HbO?）和脱氧血红蛋白（HbR）的变化。这些变化与大脑活动密切相关，HbO?的增加通常与任务相关的激活有关，而HbR的减少则反映了血流的变化。

在实验设计中，我们让参与者执行两种不同的任务：一种是手部的开合动作，另一种是类似于九孔木桩测试的精细操作任务。这两种任务在运动复杂度和精确度上有所不同，从而可能影响大脑激活的不对称性。我们还记录了参与者在使用左右手进行任务时的激活情况，以评估手动偏好对大脑活动模式的影响。此外，我们考虑了任务类型，如简单的开合动作与复杂的九孔木桩测试，来探讨任务对大脑激活不对称性的影响。

实验结果表明，无论使用哪只手，右利手的大脑激活主要集中在对侧，而左利手的大脑激活则更加对称。这些结果在使用右手（对于左利手而言是非主导手）时尤为显著，似乎表明任务的特定运动需求对大脑激活的不对称性产生了调节作用。这意味着，左利手的大脑组织可能比右利手的更加对称，这可能与他们更平衡的脑间连接有关。这种组织结构可能在某些神经系统疾病，如中风的康复过程中具有优势，因为它允许更广泛的双侧参与。

研究还发现，任务类型对大脑激活的不对称性有显著影响。在左利手人群中，九孔木桩测试（需要更精细的协调）比简单的手部开合任务表现出更明显的不对称激活。这可能是因为九孔木桩测试对任务的精确度要求更高，从而需要更复杂的双侧协调。相比之下，简单的手部开合任务对大脑的激活模式更为对称，这可能与任务的运动需求较低有关。

此外，我们还分析了手动偏好对大脑激活不对称性的影响。对于右利手，使用非主导手时的激活模式比使用主导手时更不对称，这可能与右利手的大脑结构有关，即左侧半球在运动控制中占据主导地位。然而，这种不对称性在左利手中并不显著，可能是因为他们的大脑组织在结构和功能上更加平衡，允许对侧和同侧的激活模式相对均衡。

尽管我们发现手动偏好和任务类型对大脑激活模式有显著影响，但手动偏好对大脑不对称性的程度并没有显著的关联。这表明，虽然手动偏好可能影响大脑的激活模式，但其对不对称性的程度影响较小。这可能意味着，手动偏好更多地影响的是激活的模式，而不是不对称性的程度。

本研究的结果有助于更深入地理解大脑不对称性的神经生理学基础。探索健康个体中的这些特性对于更好地理解和个性化治疗那些由于大脑不对称性受损的患者，如中风患者，具有重要意义。通过考虑手动偏好，可以更准确地评估患者的运动功能，并优化康复策略。

总之，本研究揭示了手动偏好、任务类型以及使用主导或非主导手对大脑激活不对称性的影响。这些发现强调了在研究运动功能时，需要综合考虑这些因素。同时，也指出左利手的大脑组织可能比右利手的更对称，这可能为某些神经系统疾病的康复提供新的思路。未来的研究可以进一步探讨这些发现的实际应用，尤其是在临床环境中，如何利用这些信息来改善患者的康复效果。