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实 用 放 射 学 杂 志 2006年 9月 第 22卷 第 9期

J  Pr act  Radi ol ,Sep  2006,Vo1 .22,No.9 

视 觉 刺 激 下 心 算 减 法 与 乘 法  相关 皮 层 的 f MRI研 究  张  好 , 郭  亮 , 谢 道 海 ,陈剑 华  (苏 州 大 学 第 一 附 属 医院 影 像 中心 ,江 苏

苏州

215006)  

摘 要 :目的  研 究 正 常 成 年 人 在 执 行 减 法 与乘 法 任 务 时 的 脑 功 能 状 态 及 激 活 模 式 。方 法  对 1 3例 右 利 手 正 常 青 年 志 愿 者 分  别 给 予 组 块 设 计 的 减 法 和乘 法 2种 实 验 任 务 ,同 时 运 用 1.5T的 Mar coni磁 共 振 成 像 系 统 采 集 其 脑 部 的 血 氧 水 平 依 赖 性 功 能 成 像  (BOLD —f MRI)数 据 。运 用 SPM99软件 包 进 行 t检 验 统 计 学 处 理 ,以 获 取 执 行 不 同 任 务 与静 息 状 态 对 比 的 脑 功 能 图 像 。 结 果  减  法 任 务 中 ,明 显 激 活 左 侧 额 中 回 (MFG)、额 下 回 (IFG)、顶 上 小 叶 (SPL)、顶 下 小 叶 (I PL)、角 回 (AG)、颞 上 回 (STG),右 侧 MFG、  

SPL、I PL以 及 两 侧 视 觉 联 合 皮 质 、 两 侧 小 脑 半 球 。乘 法 任 务 中 ,明显 激 活 左 侧 额 上 回 (SFG)、 MFG、 I FG、 SPL、AG, 右 侧 SPL,以 及 中 央  前 回 (PCG)、 两 侧 视觉 联 合 皮 质 。结 论

(1)额 前 区 、顶 叶 、 颞枕交界 区参与计算 并对应工作记忆 、 数量操 作 、 视 空 间 注 意 等 作 用 机 

制 ;(2)小 脑 参 与 个 体 的 数 字 计 算 的认 知 活 动 。   关 键 词 :功 能 磁共 振 成像 :脑 ; 正 常成 人 ;心 算 减 法 与 乘 法  中图 分 类 号 :R445. 2:R322、81  

文献标识码 : A 

文章 编 号 : 1 002—1 67l(2006)09—1 032—04 

Funet i onal  M RI of  C: orti cal  A cti vat i on Rel at ed t o M ent al  Subst ract i On  and M ul t i pl i cat on under Vi sual  St i m ul at i on 

zHANG Yu.GUO Li ang.XI E Dao—hai.CHEN Ji an—hua 

( De par t me nt   o f  Radi ol o gy,t he  Fi r s t   Af il f i at e d  Ho s pi t al。Su z hou  Uni v e r s i t y,   Su z hou,Ji angs u  Pr ov i nc e  2   1   5006。 Chi na)   Abs t ract:Obj ect i ve   To  i nvest i gat e  t he  br ai n  act i vat i o n map dur i ng s ubs t r act i o n and mul t i pl i cat i on t as ks  i n heal t h  adul t s .Met hods   1   3 vol unteers were undergone t wo t ests  of subst ract i on and m ul ti pli cati on in t he form of bl ock — desi gn.The f M RI  dat a were anal yzed by 

SPM99  s o f t war e  wi t h s t at i st i c  t—t es t  t o gener at e  t he  act i vat i o n map.Resul t s  I n s ubst r act i on ,t he  l e t mi f ddl e f r ont al  gyr e(MFG),i nf er i or   f r ont al  gyr e(I FG),s uper i or  par i et al  l obul e(SPL),i nf er i or   pa r i et al  l obul e(I PL), angul ar   gyr e(AG),s upe ri or  t empor al  gy r e(STG),t he  r i ght   MFG, SPL, I PL ,bi l at er al  vi s ual  ass oci at i on  cor t e x and cer ebel l um wer e  act i vat ed.In  mul t i pl i cat i on ,t he  l ef t super i or  f r ont al  gy r e(SFG),   MFG, IFG,SPL, AG,t he  r i ght  SPL,pr ec ent r al   gyr e(PCG) and bi l at er al   vi s ual  as so ci at i on cor t ex  wer e  act i vat e d.Conc l us i on

(1)The  bi l at —  

eral  pref ront al  areas,pari et al  cort ex and occi pit o —temporal  areas are i nvol ved i n cal cul at ion and have t he f unct i on of  worki ng mem ory ,nume— 

r i al  mani pul at i on  and vi sua—space  at t ent i on:(2)The  cer ebel l um i s  i nv ol ved  i n  cogni t i ve  ar i t hmet i c.   K ey words:funct i onal  M RI ;brai n :normal  adul t ;m ent al  subt racti on and mul ti pli cat i on 

数 学运算 是 数 字 认 知 的重 要 组 成 部 分 之一 .是 人 

1 材 料 与 方 法 

类 日常生活 所必 不可少 的 , 其 运 用随 处可 见 , 例 如 找 零 

1. 1 受 试对 象

钱, 结算 银行 账 户 , 甚 至 设 计 和 分 析科 学 实验 。 国 内 、  

例, 女 5例 , 年 龄 20~30岁 , 医 学 本 科 及 以 上 学 历 。 受 

1 3例受 试对 象均 为 右利 手 , 其 中男 8  

外学 者 对数 字认 知的 f MRI研究 已有 报道 , 但 是大 都 建 

试 者均 身体健 康 , 无 神经 及精神 方 面疾 病 ,目前 均未 在 

立 在复 杂计算 任 务 的基 础上 ,如从 一 个 较 大 数 连续 减 

进 行 任 何 治 疗 。 每 一 位 受 试 者 在 实 验 前 均 接 受 了 相 应 

去 7, 而对 基 本 的 数 学 运 算 的研 究 甚 少 。本 研 究 通 过 

的预实验 , 测得 每 一 位受 试 者 均 能在 给定 的 2  S时 间 

对 正常成 年人 基础 计算 任务 的 f MRI研 究 , 较 全面 地定 

内作 出 正 确 的 解 答 ,即 反 映 时 间 ≤ 2  S,正 确 率 为 

位与 计算有 关 的大 脑 思维 功 能 区及相 关 的作 用 机 制 ,  

100% 。  

为今 后脑 损害 病 人 计算 能 力 康 复 、 老 年 痴 呆症 的早 期 

1. 2 认知 任务

实验 任务 采用 OFF—ON的组块 设 计 

诊 断 提 供 有 力 的 基 础 对 照 ,并 为 今 后 培 养 正 确 的 数 学 

(bl oc k  des i g n)。 刺 激 组 块 与 控 制 组 块 交 替 出 现 ,无 提 

教育 过程 提供 理 论 支持 ,同 时 为临 床 上 一 些脑 损 害病 

示 语 。 受 试 者 均 要 完 成 对 照 组 一减 法 及 对 照 组 一乘 法 

人的计 算能 力 分离 的现象 提供 解剖 基础 。  

2组任务 。刺 激 组 块 由连 续 播 放 的 1 0个 退 位 减 法 或  个 位 数 乘 法 运 算 公 式 构 成 ,每 个 公 式 呈 现 2 S, 每 时 相 

收 稿 日期 : 2 005—09—29: 修 回 日期 : 2006—01—1 9 

作 者 简 介 :张

好 (1 977一 ), 女, 山 西 省 长治 市 人 ,硕 士 , 医 师 。研 

究方向 : 神经 系统 影 像 学 。  

为 20  S, 各 出 现 5次 。 控 制 组 块 播 放 位 于 画 面 中 心 的  “ + ” ,

每时 相 的“+”持 续停 留 20  S 。各 公 式 中不 包含 


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J  P r a e T     Rl  ̄ d i o l  

号 

剖像 一致 ,共 2 0层 

要 求受试 肯: (1) 在控 制组块 叫 . 执 行 眼 腈 凝 桃任  

l  4 数据处 理

所 有功 能图像 数据 均采 用国 际通片j  

务. 即要求受 试者注 视屏幕 中心的 “+“符 号而 不做任 

的统 计软件 SPM99进 行址 理 . 预 处理包 括圈 像对 齐 

何移动 ; (2)所 有的 受 试者均 执秆 减法 与乘 法 2项任 

空刚标准 化 高斯平滑 . 建  模型 、 显 示结  几十 步骤 .  

务 .( 3)受 斌青 在执 行 汁算 任务 时 进行 心算 .不 能发 

最后获得  T  单 个 像 素 分 析 的(   3  1   2. 对应 P 

音.不能闻 凄;( 4)受 试 哲身悼 的舟部 分 不能移 动 . 井 

(0  0 5. CO l   r ec t ed  P  v a l u c)检 验 激 活 图 , 少 于 5 十 像 素 

尽蛙减 少吞咽功作 , 以碱 少头部运动 仙彩 

的激活团簇认 定为 伪澈恬 c   s p i k e),从而 被排除

1  3 数据果集

Mt   】争 身 扫 描 仪 为 美 同 Ma r c o ni  

  1 3倒受 试昔 2种任务 下左 有半 球  廊 澈活 睦所得 的 

 5T超导型 磁  振成 像 系统  使 用标 准 l I 卜变头部 々 

悔素分别进行 组丹 析 f检验 .米址一 步研 究 2种状 态 

l 胃线 圈 . 受试 暂头部采用海绵 垫同定 . 井配 戴耳 幕和耳 

冉 将 

下大脑是 箭恩有J  能一侧 化效也 

机, 埘过 安装在 线回上 的厦 光镜 u  以观 舌屏 幕  的任  井 阿像

仃 静山计葬 机 一动摇 放,与计 算机往 接 的性 

影 仪将画 I i I i 投影 到砰 

序 列殷 j _ = i 捕 参数为 :首先 

进f  横断  r, w【扫 描 , 采 用 s E序 列.扫 描 参 数 : TR   50 0  m .TE  1 2  m5. 居厚 5  I t l  ̄k .  隔 1 『  1 1 1  ̄ 1 I . NEX=1.   FOV = 24 cnl× 24 , _『 ¨ _ FLII …i  gl = 90  M  rix   192 × 

结果 

2  1   碱 法任 筹纽 的脑 功能  皿其 澈活 强度  减法 实  验 曲腑功能 区的澈 恬情况 f图 1);激活 的范 围雨I 强 度  见袅 1.   表明 碱试 旺舟r p. 澈 活的1 】 i _ _ 区包 括 : 左洲 角  ( AG)两恻缘 上凹 ( SMG)  

删顶上小 I 1 ¨ SPI   )  

25 6. 从 扰 大 孔 到 头 顶  盖  脑 j ]描 . 共 1 0层   血 氧 水 

侧额 中 同 (MFc) 两 删 额 下  (   G)  左 恻  上 同 

平侬糊(bl o o d  o x y#ma io f .1 e wd  d ep ̄ n de m, BOL D)信 

(S TG)、 两侧颞枕 交界医, 5 乏 两删 小心半球 

采 集 使 用 

2 2 乘法任 务纽 的肺功 能  及苴激 衍强 嘘  录 法宴 

激 发 

而 回 波 扫 描 序 列f   e c hl ,  

pl a  r  i ma g i n g.  : PI )   ¨ 

参 数 为  l ’ l {30 00  

I ' E  

4( 1  n1 s.1 ' 4EX = I.F1IP  ̄ngl e = 90 .M  al ri x = 64 x 64 FOV  .

2 4  r f ¨x  2 4( r i l 1 . 胫厚 5  1 1 1 1 1 1 . 问隔 1  nl 『 ¨ .定 位 你 与 解  

验柏脑功 能区激 活情况 (图 2);澈活 的范 围和蛆 度 见  表 1.它 表明 乘 法 任 务q- .激活 的  域 有 AG、 S1   L   MFG, ] FG 两 侧 颡 扰 交 界 区 

3 讨论 

山表 I可 知.汁算任务 时,   大 脑 在 顶  庄 膻 (B A 7 区 、 3 9  

衍  、 4o   )  涮前 区 (BA  6   睦

9区 ) 阿删 砸 枕 交 界 l i 

f BA I   8  R  I 9  

)均 有 澈 活 .  

造 提示 计算过 程涉及到 儿个 :  

同皮 层医域 的机 调 与台 作 由  这些 区域I 句成 了  十上作记 忆  和 视  路  目 l 诫瞌 宜啦 脑融  区  ^ 前 面规  B 后面 观  c 右  观  l 】_矗 耐观 r 

面蛆

E 下 可观

图 2 

甚宴 骑肺 甜 

^ 前 面 

E 下面 观 

B后 而 观  c 右 面砚  D 左面 观 

F I而 她  

空阃 ' 土 意 的  作 环  . 所 以 我 们 看 到 的 是 整 

1 、  I { 经 网 络 的 儒 动 

减法任 箨中.左删 顶 F小  叶( BA   39   、 4 0   )和 双 侧 顶  

上小叶 (BA   7   )为土娶 岫澈活  . i f 『 f 当受 试音只是 想 

阿删额叶 的激活在减 法任务中 厄为叫 

j 县位 的 

象数字 , 而不刘 毁字进予 亍计弹或大 小比较时 . 顶下小 叶 

减法 任磬柑对 于乘法 任务县 仃较 高的视世 复杂 陛 . 同 

几乎没有 被澈活 1 .   此在

定程度 上证 明丁 顶下小 

时需 要增 l 川个 位 与 卜位 转 按 时 丁 怍 | 芒忆 (日 _ j 短 时 间 记 

Ⅱl在运算. 任 务  参 与丁数 字的  算操 作.为计 掉的 主 

住 信息井用  指 导行 为 的记 忆 )的功 能,固此 颥叶 不 

要功 能匹  大量的 文献{ 诖道, 项 下小 叶 是运算最 重要 

仅 与工作记忆有 芙,   负责耍. 要 的执行和注意 功能 . 参 

的腑 J  

加推理 和{ l j l 象思维 等高糍 认) J J 功能 

它 的扪 伤 艇柑出 暂的 数量 操作 系统 出 珊障 

阱, 导弛 ”失算症”的拉 一   阿侧碗 上小 叶的主 萼功能 

庀侧 大脑半球 缘上 【  .岛 回 盟 语 占 州 解 有 黄 舳  

是完 成u R腊或 注意  的  问定位 、 空l 刈 的上 作记  等 

l 十上 部 均 有 激 活 . 这 表 明奉 实 验 中 的 减 法 任 井 的 执 行 .  

多 种 桃 空 间 任 务 

妥武 耆在 一定程度上 采用 丁以语  为基础 的形式提取 


1 034.  

实 用 放射 学 杂 志 2006年 9月 第 22卷第 9期

J  Pr a et  Radi ol,Sep  2006,Vo 1 .22,No. 9 

表 1 减 法 与 乘 法 任 务 时 的 脑 内平 均 激 活 兴 奋 区 的 解 剖 部 位 、Br odmann(BA)定 位 、激活 强度 (T)中 心 坐 标 与 检 验 t值 

额 叶  46,  

12,  

34 

34 ,

4,  

44 

10,  

18,

48 

50,  

10,  

34 

54,  

10,  

20 

52,  

26,  

20 

右侧 额 中 回  左侧 额 中 回 

左侧 额 下 回 

,  勰,    2 8  ,  “,    8 6 4 

46 6 ,  ,  2 6    9 

  一

一  

一  

一  

醌 

一  

“ 

左侧 额 上 回 

  一

  一

铝 

  一

一  

“ 

铝 

一  

一  

一  

0   4  

中 央前 回  顶 叶 

9  

6 

8 

9  

  一

∞ % 

2 

5.52  5.48 

一  

如 

6 

5.52 

6 

5.42 

如 加 ∞ ∞ 

右 侧 顶 上小 叶 

9.38 

28,  

一64,  

64 

一66,  

50 

9.33 

左 侧 顶 上小 叶 

∞ 

l1.60 

B 

28,  

8.06 

右 侧 顶 下 小 叶 

8.84  5.17 

如 铝 

左 侧 顶 下 小 叶 

,  

8.05  5.11 

左 侧 角 回  枕 叶  右 侧 

5.06 

左 侧 

9.81  

42,  

一86,  

18 

5.88 

9.11  

50,  

一74,  

一 10 

19 

6.87 

9.76  10.46 

颞 叶  左 侧 颞 上 回  小 脑  左 侧 

右 侧  脑 岛  扣 带 回 

7  

2 

36,  

一82,  

一 18 

18 

8.85 

46,  

一 68,  

一20 

19 

8.19 

7  

5.11  

44,   31,  

一52,  

一24 

13 

一60,  

一20 

32 

5  

7.21   8   6.12 

36,  

18,

8 

6.45 

10.  

20.  

34 

4.82 

算 术得 数 , 被试 者利 用贮 存 在 语 义记 忆 系统 的算 术知 

由于 阿拉 伯数字 是表 义符号 , 视觉 复杂性 很低 , 过 高的 

识 进 行 解 答 ,因 此 需 要 语 义 呈 现 的 过 程 , 而 左 侧 颞 叶 是 

正确 辨认 率有可 能会 掩盖大 脑两半 球在 认知 刺激物 能 

关 键 的语 义 呈 现 部 位 。该 部 位 的病 变 患 者 将 会 出现 

力上 的差别 , 所 以有 可能 在 较难 的任 务 加 工条 件 下 其  大脑 两半球 对计算 的偏 侧性 效 应 才 更 易表 现 出来 ,这 

“失 读 ”现象 , 但是 数量 操作 的功能 仍然保 留。   减 法任务 中出现 了双 侧 小脑 被 激 活 ,而 在整 个 实 

需要进 一 步的验 证 。我 们通 过 对 1 3例 受试 者在 执 行 

验 过程 中均严 格 限 制受 试 者 头 动 、吞 咽 、发声 的动 作 。  

乘法任 务 时 , 左 右顶 叶激 活 区的像 素进 行 t检验 , 结 果 

这 表 明小脑 除具 有 主管 运 动 的功 能 之 外 ,还 和个 体 的  认 知活 动有关 。但 是 它在数 字计 算 中的作用 机制 尚需 

为 t=1.623, P<0.05。这 表 明 简 单 乘 法 任 务 的 执 行 

进一 步研 究 。   我们 通过 对 13例受 试者 在执行 减法 任务 时 左 右  额 叶激 活 区的像 素进 行 t检 验 ,结果 为 t=1.265, P>  0.05;将 左右 顶 叶激活 区 的像 素进 行 t检验 , 结果为 t   =

1 .1 97, P>0.05。结 果 表 明 :在 执 行 减 法 任 务 时 大 

脑 未见像 语言 那样 具有 明显 的功 能一侧 化效应 。这是 

具有 明显 的左半球 优 势 ,这 是 由个 位 数 乘法 运 算 只 是  简单再 现 了来 自既存 记 忆 的执 行 特 点决 定 的 , 从 而 更  多的侧 重 于通过语 言编 码 的形 式 来 完 成 的 特点 , 表 现  出左半 球优 势 。  

总的来 说 , 计 算 行 为的 执 行并 不 存 在 真 正 意义 上  的“计 算 中枢 ”, 额 前 区、顶叶 、 颞 枕 联合 区均有 参 与。   (下 转 第 1 053 页 )  


实 用 放 射 学 杂 志 2006年 9月 第 22卷 第 9期

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.1 053.  

旁结节 影 等 。  

倾 向于胸 膜下 或 叶裂下 , 且越 靠近 胸膜 , 空洞 越小 。直  径较 大的 空洞 多 分布 于肺 的 中带 。Fi nl ey   统 计 一 组 

3. 4 鉴别诊 断

病例在 空 洞 型肺 转 移 瘤 中有 82% 的病 例 呈 周 围性 分  布, 其 中发 生 于 胸 膜 下 的 占 59% ,空 洞 <5  mm 的 占 

为小环 形 空洞 ,结合 病 史 不 难诊 断 。 而单 发 的腺癌 空  洞型肺 转移 瘤表 现多样 , 应 与肺结 核 、 肺 霉 菌病 及 wa.  

59%  。 而 本 组 资 料 中 空 洞 直 径 <5 mm 的 约 占 

ge ne r’s肉芽 肿 等 鉴 别 。 结 核 性 空 洞 可 表 现 为 不 规 则 

71% , 这 可 能与肺 腺 癌 所 占的 比例较 大有 关 。本组病 

的厚壁 空洞 或“气 囊样 ”薄 壁空 洞 , 可 出现不 同形 态 的 

例中, 厚 壁 空洞 (泡样 空洞 和不 规 则 形空 洞 )约 占所 有 

钙 化且 多有 卫 星 灶 ; 肺 霉 菌 性 空 洞 多伴 有 “晕 征 ”,外 

空洞 的 15. 6% , 其 中 93% 的 为肺外 腺癌 转移 。空 洞 壁 

缘模 糊 不清 , 如发 现 可随 体 位 改变 而 移 动 的 空 洞 内结 

厚 薄不 均 、 部 分有 壁结 节或 呈分 叶状 , 边缘 有毛 刺 。这 

节则 具 有特 征 性 ; We gene r’s肉芽 肿 空 洞 形 态 规 则 或 

多 发 的腺 癌 空 洞 型肺 转 移 瘤 多 表 现 

些 表现 符合 恶性 空洞 的特点 。  

不规 则 , 洞壁厚 薄 多不 均 匀 ,内壁 不 光整 , 治 疗 后 空 洞 

3. 2. 2 单 发空 洞 型肺 转 移 瘤  本组 腺 癌 空 洞 型肺 转 

壁可 变薄 或趋 于消 失 ,多 发 空洞 的形 态 与位 置 常 常 会 

移瘤 病例 中 6例表 现为 单发 空洞 , 其 中 4例 (67% )为  肺外 腺癌 转移 。肺 外 腺 癌 来 自消 化 系统 腺 癌 (贲 门 、  

发生 变化 , 此较 具 特征 性 。囊 样 空 洞 型肺 转 移 瘤 需 与 

肺 囊 肿鉴别 。囊样 转移 灶 多 位 于肺 的外 围及 胸膜 下 ;  

十二 指肠 、 直肠 、 胰 腺 腺癌 )和乳 腺 腺癌 。肺 外 腺 癌 空 

而肺囊 肿 多位 于下肺 及 肺 门区 ,周边 常见 局 限性肺 气 

洞表 现形 式多样 , 4种类 型 的空 洞 均存 在 , 其 中 以泡 样  空洞转 移最 多 , 其 次 为囊 样 空 洞 转移 。空 洞 主要 分 布  于肺野 的 中 、外 带 ,边 缘 毛 糙 ,直 径 均 >5  mi l l,其 中 

肿。  

50% 的 >2.0  cm。2例 空洞 内 出现 “靶 征 ”,既 往 文献 

[1]   于小 平 , 王

报 道 的“靶 征”多 出现 于 实质 性 器 官 , 肺 内较 少 。出现  “靶征 ”的可 能 原 因是 空 洞 内壁 不 光 滑 ,有 壁 结 节 存  在, 横切 面则 表现 为 空 洞 中央 的小结 节 ;此外 ,由 于容  积 效应 的关 系 , 壁 结节 也有 可能表 现为 “靶征 ”。  

3. 3 腺癌 空 洞型肺 转 移 瘤 的 伴 随征 象 及 其与 转 移 途  径之 间 的关 系  本 组 资 料 中 50.0% 的病 例 表 现 为 空  洞 和多发 结节 并存 , 31.3% 为空 洞 伴 发 支气 管 血 管 束  增粗 、小 叶间 隔增厚 等癌 性淋 巴管 炎 , 小部 分 同时伴 发  结节 和癌性 淋 巴管 炎 。肺 腺癌 发生 空洞 型肺 内转移 可  经血行 、 淋 巴道 或混合 型途 径 ; 肺 外腺 癌 主要经血 行 或  淋 巴道 , 但 均未 出现 统 计 学 差 异 。66.7% 的 空 洞与 支 

气 管血 管束 相邻 , 提示 空洞 有经血 行转 移 的可能 ,同时  也 易于 将坏死 物 排 出或 形成 活瓣性 阻塞 机制 。此外 , 2   例 空洞 型转移 瘤 出现 气 胸 ,这 可 能为 靠 近 胸 膜 的空 洞  发 生破 裂 所 致 。HRCT能 够 提 高 空 洞 性 病 变 的 检 出  率, 显 示 空洞 内部情 况 和肺 内细微 结构 的改变 , 如肺 小 

参考 文献:   平, 梁 赵 玉 .空 洞 型 肺 转 移 瘤 的 cT表 现 及 与 原 发灶 

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叶 间隔增 厚 , 小 叶 内结节 、 胸膜 下结 节和支 气 管血管 束  (上 接 第 1 034页 )  

计 算 相关 大脑 功能 区的不 同作用 机制 构成 了临床 上脑 

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视觉刺激下心算减法与乘法相关皮层的fMRI研究(2006)  

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