记忆是一个对信息进行加工储存、检索提取的系统,是认知活动的关键环节,它在许多复杂的认知活动,如表象、言语、创造、计划、学习、推理、思维、问题解决和决策等高级认知活动中起着非常重要的作用,是科学心理学研究高级心理活动的重要领域。大量研究表明:记忆,特别是工作记忆的认知和神经机制,包括认知功能和网络结构,在大脑受损,如缺血性脑卒中发生后,会发生显著性的变化。但迄今为止,现有研究尚未能完全阐明下列问题:单侧主要脑动脉血管狭窄或闭塞后对工作记忆的影响、对不同类型工作记忆的累及情况如何?工作记忆信息在编码存储和提取两阶段的认知神经机制受何影响?脑的单双侧功能皮层的可塑性机制(代偿、补偿)如何发挥作用等等。对这些问题的探讨不仅有助于深入揭示缺血性卒中后工作记忆的特征,还为我们探讨脑功能、脑结构的可塑性机制提供了重要的证据和研究参考。　　 本研究以功能性磁共振(fMRI,functional magnetic resonance imaging)和弥散张量磁共振(DTI,diffusion tensor imaging)为技术依托,结合被试行为学数据(反应时及正确率)统计结果,以期揭示左侧颈内动脉(ICA,internal carotid artery)或大脑中动脉(MCA,middle cerebral artery)缺血性卒中对数字、图片以及空间位置三类工作记忆的影响,主要从工作记忆信息的编码存储和提取两阶段的认知和神经机制变化模式的角度开展研究。为了达到上述目的,论文主要涵盖三个方面的内容:　　 (1)从方法学上,基于现有的多种脑白质纤维跟踪理论和计算方法,改进TEND(tensor deflection)理论的步长机制,提出一种更为可靠且具有较强灵活适应性的白质纤维跟踪算法,即全张量步长适应性白质纤维跟踪算法(TENDAS,tensor deflection with adaptive stepping),从理论上实现并提高纤维跟踪的精细度和相对真实性。通过比较两种纤维跟踪算法在实际病患个案数据中的应用,展示了TENDAS白质纤维跟踪的结果更加平滑和密集,清晰地揭示了脑功能区间的结构连接。TENDAS方法在白质不同各向异性特征环境下,提供了更多的适应性和准确性,更接近活体白质纤维联系。　　 (2)在对病患个案应用改进纤维跟踪算法的基础上,联合功能磁共振研究的结果,测查在正常的脑发育过程中,患者空间位置工作记忆的认知功能及神经机制(结构)可塑性变化。研究发现,先天性右侧MCA狭窄引发的缺血性脑损伤后,病患对空间位置编码存储的主要功能区位于左侧大脑顶叶和左侧背外侧前额叶皮质区,激活显著,与正常被试处理空间信息具有右脑优势的神经机制相反,即功能激活转移至对侧同型皮质,对侧脑区逐步替代了受损或功能缺失区域,此间代偿性的可塑性机制对卒中后脑功能性的恢复发挥了重要作用,具有重大意义。　　 (3)基于对记忆信息处理不同阶段的认识和工作记忆的认知神经机制研究,我们设计了三种不同类别的工作记忆任务,分别是数字工作记忆、图片工作记忆和空间位置工作记忆,采用功能性磁共振技术比较研究单侧ICA／MCA狭窄或闭塞后引发缺血性卒中的病患组与正常控制组在对信息短时存储编码与执行提取分离两阶段的认知模式和特点,并探讨了组间脑认知功能和结构的神经机制和网络差异,使功能与结构关系更加形象化,可靠的定量计算以及脑区位置匹配提高了研究结果的可信度。研究发现可归纳为如下三点:　　 第一、从工作记忆的神经基础来看,工作记忆涉及前额叶(PFC,prefrontalcortex)和顶叶皮层最为明显,而顶叶则在工作记忆的存储编码阶段中至关重要。大脑前额叶在三类工作记忆系统中信息整合功能的重要作用得到了全面体现,这与前额叶的解剖结构、与其他区域之间的连接关系和发育等特征密切相关。前额叶在工作记忆中的神经结构模式主要是作为一个整体参与加工,从编码存储、复述提取等简单的保持加工到提取、重排序、空间转换等较复杂的操作,PFC不同区域(双侧DLPFC、额中回、额顶叶等)分散表征指导这些加工。　　 第二、三类工作记忆任务在两阶段信息处理阶段的功能激活分别展示了各自的特异性神经机制和缺血性卒中对其影响。数字工作记忆在脑功能分布上存在左侧优势,包括左侧顶叶皮层、腹外侧前额叶、颞叶、海马等部位,且尾状核和后扣带回也在数字工作记忆编码阶段显著性激活。海马和海马旁侧在快速获取新信息方面是关键环节,在数字和图片工作记忆类型中都有一定程度的作用体现,是信息编码不可或缺的重要部位。空间工作记忆任务研究中,主要激活了大脑右半球的一些脑区,右顶叶后皮层(BA40)、右枕叶前皮层(BA19)、右前运动区(BA6)及右脑前额叶腹侧(BA47),并发现前扣带回对空间信息的编码存储具有一定的特异性。三类工作记忆任务在编码存储和提取两阶段的功能激活结果显示,左侧ICA／MCA狭窄或闭塞引起的脑缺血会减弱工作记忆的整体加工能力,而脑的可塑性机制在双侧半球上发挥了代偿或补偿性作用,但从目前有限的数据来看,并没有形成一个专门性的区域代替相应的工作记忆神经机制,这一变化反映了大脑激活强度和单侧化模式的变化。　　 第三、对三类工作记忆任务在编码和提取两阶段的功能性相关网络研究发现,缺血性卒中病患组都受到ICA／MCA狭窄或闭塞的显著影响,与控制组相比,病患组功能相关网络的连接强度显著降低。通过对行为反应数据以及编码提取两阶段的功能性参与作比较和趋势分析发现,三类工作记忆任务中,平均反应时的差异与两阶段组激活最大值之间的差异具有类似趋势,推断缺血性卒中病患在初始化信息的编码存储阶段表现的更加困难并需要更多的资源消耗,由此推断缺血性卒中直接并首先累及信息的编码存储。　　 综上所述,本研究在现有的脑白质纤维跟踪的理论和算法基础上,提出一种自适应性的步长机制,增进了纤维显示的精细度和真实性；采用fMRI和DTI的多模态神经影像学技术,联合应用于缺血性卒中的个案研究,揭示了患者功能及结构可塑性变化；分析单侧血管狭窄或闭塞后三类不同工作记忆任务在编码存储和提取阶段的功能性激活和相关网络,弥补了现有研究在应用磁共振技术研究卒中后认知功能变化的不足。　　 本研究为进一步揭示工作记记忆神经基础和网络、规律特点、脑可塑性的本质,以及缺血性脑卒中与工作记忆关系提供了初步结论和研究证据。