【科普】| 高压氧增强健康年轻人的认知能力

【科普】| 高压氧增强健康年轻人的认知能力

　　目的:揭示氧气增加引起认知表现变化的神经机制。

　　方法:本研究采集了20名健康年轻人的静息态功能磁共振成像数据，并采用对照组静息态功能磁共振成像设计，以识别高压氧对健康成年人认知指标和区域同质性的影响，

　　结果:与对照组相比，高压氧组表现出以下变化:(1)高压氧干预后，空间工作记忆和记忆商数得分显著增加;(2)左侧海马、右侧额下回和舌回三个脑区的区域同质性值显著增加，且这些脑区与皮层下系统的功能连接性在高压氧干预后显著增强;高压氧引起的区域同质性(3)值变化与多项认知表现相关，明确了其认知效应的神经定位。

　　结论:氧气供应的增加可在一定程度上改善记忆表现。

　　参考文献:Yu R, Wang B, Li S,etal. Cognitive enhancement of healthyyoung adults with hyperbaric oxygen:

　　A preliminary resting-state fMRl

　　study.Clinical neurophysiology, 2015126(11):2068-2067.

　　20名健康志愿者(9男11女，18-20岁)，随机分为高压氧组(10人)和对照组(10人) 两组年龄、性别及基线认知得分无显著差异。

　　高压氧组:2ATA，稳压吸纯氧80分钟，每天1次，连续5天，对照组:2ATA，稳压吸空气80分钟，每天1次，连续5天。

　　实验前后分别采集认知测试数据和静息态功能磁共振成像数据。

　　01、认知表现

　　高压氧组干预后空间工作记忆和记忆商数显著提高(p=0.003和p=0.001)，而对照组无显著变化。

　　ANOVA显示空间工作记忆的组x时间交互作用显著(F=11.485，p=0.004)，记忆商数交互作用边缘显著(F=3.608,p=0.078)。

　　02、区域同质性变化

　　高压氧组干预后左侧海马(HIP.L)、右侧额下回(ORBinf.R)和舌回(LING.R)的区域同质性显著增加。

　　对照组仅在右侧楔前叶(PCNU.R)区域同质性增加。

　　03、相关性

　　左侧海马区域同质性变化与空间工作记忆和记忆商数改善显著正相关。

　　右侧额下回区域同质性变化与空间工作记忆负相关。

　　右侧舌回区域同质性与空间工作记忆正相关。

　　04、功能连接增强

　　高压氧组干预后，右侧额上回(SFGdor.R)与双侧扣带回(MCG)、左侧海马与丘脑(THA.L)、尾状核(CAU.L)的功能连接显著增强。

　　高压氧治疗引发的认知表现变化本研究中，高压氧组在高压氧治疗后显示出空间工作记忆测试和记忆商数的显著提高，而对照组在这两项指标上未表现出改善(图1和2)。这表明高压氧治疗可能影响记忆功能。这些结果与多项先前研究一致。早期的行为学研究表明，大脑氧气供应的增加可以改善健康年轻成年人的认知测试表现，包括记忆巩固。类似地Scholey 等通过双盲设计研究发现，氧气干预对词语回忆有显著效果，但对顺背或倒背数字广度测试无影响，这表明氧气干预可能选择性地增强某些认知功能。近期两项研究显示，高浓度氧气可提升视觉空间任务表现，并提示氧气干预可能促进记忆和视觉空间能力的巩固。综合来看，本研究进一步表明氧气干预可增强记忆功能的表现，尤其是空间工作记忆

　　然而，我们发现 高压氧治疗对注意力相关认知指标的评分无显著影响。事实上，Moss 等曾报道氧气干预可显著影响与注意过程相关的多项指标。由于注意力表现可通过不同维度的测试进行评估，我们无法排除其他注意力测试可能对特定氧气干预时长更敏感的可能性。显然，未来需要更精确的评估以明确 高压氧对注意力表现的作用

　　区域同质性变化与认知指标的关系

　　近期研究探讨了 高压氧疗法对创伤性脑损伤的影响，并提出高压氧疗法的共同机制可能通过提供再生过程所需的能量/氧气来改变代谢，从而提高神经元活动和连接性。本研究中，我们发现高压氧治疗后左侧海马(HIP.L)的区域同质性值增加，这与多项先前研究一致。Harch等在单侧皮质挫伤的大鼠模型中发现，低压力的高压氧治疗可改善其空间学习表现，并观察到损伤侧海马的血管密度增加。Cho等利用任务态功能磁共振成像研究了氧气浓度对大学生认知表现的影响，发现与正常空气条件相比，30%氧气条件下执行任务时边缘系统°(包括海马、海马旁回和扣带回)的脑激活增强，且任务表现的提升与这些区域的激活增加相关。海马已被广泛证实参与长时记忆、短时记忆和空间工作记忆。本研究中海马区区域同质性值的增加可能反映了高压氧治疗对记忆功能的改善。此外，我们发现空间工作记忆测试和记忆商数的变化与海马区区域同质性值的改变呈显著正相关(图4a)。这一结果不仅表明高压氧治疗改善了与记忆相关的简单认知表现，还提示海马区区域同质性值的增加与记忆功能提升同步发生

　　我们还观察到高压氧治疗后右侧眶部额下回(ORBinf.R)的区域同质性值增加表3和图4)。Chung等通过不同氧气浓度的空气干预研究了视觉空间任务中的脑激活，发现与 21%氧气条件相比，30%氧气条件下左侧楔前叶、右侧额下回和额上回的激活更强。后续研究中，Chung 等利用语言任务发现，30%氧气条件下右侧额下回、额上回和扣带回的脑激活显著增强。尽管我们测试了右侧眶部额下回区域同质性 值与认知评分的相关性，但未发现区域同质性变化与任何认知指标显著相关。由于额下回(IFG)被认为与视觉空间知觉和注意力控制相关，我们推测高压氧治疗可能通过提高右侧眶部额下回的区域同质性值促进认知表现

　　此外，我们还发现 高压氧治疗后右侧舌回(LING.R)的区域同质性值增加，这一现象尚未被先前研究报道。舌回被认为在视觉记忆中起重要作用。临床研究表明，脑卒中或颅脑创伤患者的舌回损伤可导致视觉记忆功能障碍和视觉-边缘系统连接中断。此外，选择性注意研究中也观察到舌回的激活。本研究中高压氧治疗后舌回区域同质性值的增加可能为高压氧对记忆功能多维度影响提供了新证据高压氧治疗后皮层下系统的功能连接性增强

　　本研究不仅揭示了高压氧对大脑自发活动的增强作用，还发现 高压氧组治疗后区域同质性值增加的ROI与皮层下系统之间的功能连接性增强。皮层下边缘系统包括丘脑、扣带回和海马，与情绪、记忆学习和视觉空间技能相关。事实上，先前研究已采用事件相关电位(ERP)技术利用电生理记录的高时间分辨率探讨皮层下区域在高浓度氧气诱导脑电活动中的作用。尾状核(基底节的一部分)被证实参与产生与感觉信息处理相关的关联性负变(CNV)电位。此外，研究表明后丘脑是听觉 Oddball P3 和 CNV 的颅内来源之参与传入信息处理和认知操作。Cho等的功能磁共振成像研究发现，高浓度氧气条件下视觉空间任务表现的提升与丘脑和扣带回神经激活的增加相关，提示在探究高浓度氧气对认知功能的影响时需重视皮层下系统在高阶功能中的作用。本研究中高压氧治疗后皮层下区域功能连接性的增强与先前结果一致。值得注意的是，区域同质性值增加的ROI 与扣带回、丘脑和尾状核之间的功能连接性增强，这些区域在视觉空间、认知和感觉信息整合中起关键作用。我们的结果从静息态角度进一步证实了氧气对皮层下区域的重要性。

　　结论

　　综上，我们通过对照组对照静息态功能磁共振成像研究揭示了 高压氧对健康年轻成年人认知功能和区域同质性值的影响。研究发现，与对照组相比，高压氧组的空间工作记忆测试和记忆商数评分显著提高，且左侧海马(HIP.L)、右侧眶部额下回(ORBinf.R)和右侧舌回

　　(LING.R)的区域同质性值显著增加。重要的是，这些脑区区域同质性值的变化与记忆商数、空间工作记忆测试和加减法测试评分的变化相关。功能连接性分析进步显示，高压氧治疗后 ROI 与双侧内侧扣带回(MCG)、左侧丘脑(THA.L)和左侧尾状核(CAU.L)的连接性增强。结果表明，大脑氧气供应的增加可能改善记忆表现及相关脑系统的活动。这些发现有助于深化 高压氧在临床和实际应用中的作用机制理解。

　　文章来源：怡仁高压氧公众号

　　作者： 宋祥胜

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