抑郁癥的ERPs 電流源模型與特征分析

李岳峙 胡 勇 王悟夷(深圳大學(xué) 機(jī)電與控制工程學(xué)院，深圳518060)

2(香港大學(xué) 李嘉誠醫(yī)學(xué)院，香港)

3(天津大學(xué) 精密儀器與光電子工程學(xué)院，深圳300072)

引言

在Oddball 實(shí)驗(yàn)中，非靶刺激序列中隨機(jī)出現(xiàn)小概率的靶刺激事件，受試者對靶刺激的識別會產(chǎn)生事件相關(guān)電位(event-related potentials，ERPs)的P300 或P3b 電位，P3b 產(chǎn)生于靶刺激出現(xiàn)后300 ～600 ms 時間段，它在頭皮頂區(qū)的幅度最大。P3b 與腦功能的事件分類、上下文更新等過程有關(guān)［1-2］。此外，當(dāng)刺激序列中隨機(jī)出現(xiàn)小概率的、與任務(wù)無關(guān)的新奇刺激事件時，受試者會產(chǎn)生ERPs 的P3a電位，P3a 比P3b 出現(xiàn)時間略早，主要分布于頭皮的中央額區(qū)，P3a 與腦功能的朝向反應(yīng)有關(guān)［3］。

抑郁癥患者普遍存在認(rèn)知功能損害［4］(主要包括注意力和記憶力下降)。因?yàn)镻300 是反映大腦認(rèn)知效率的重要指標(biāo)，國內(nèi)外已開展一些針對抑郁癥的P300 研究，其中有研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者較正常人的P300 潛伏時間延長、波幅下降，但也有研究沒有發(fā)現(xiàn)與正常人的顯著差異［5］，由于過去的抑郁癥研究只采集了少數(shù)幾個頭皮位置的腦電信號(electroencephalogram，EEG)，因此很難全面反映整個大腦的認(rèn)知功能改變。此外，頭皮采集的P300 是不同P300 亞成分在頭皮位置混疊而成，這種混疊效應(yīng)降低了P300 生理應(yīng)用的有效度。如果通過高密度的腦電記錄，并結(jié)合腦電逆問題電流源的重建擬合計算，就能獲得頭皮下不同皮層區(qū)域的源電流活動特征，并能有效克服混疊，有助于抑郁癥異腦電特征的提取。

腦電逆問題多電流源分析方法例如多偶極子等效電流源分析的主要技術(shù)障礙是偶極子解的非惟一性，即針對特定的頭皮電位分布情況，可能擬合出多組不同的偶極子解。這種非唯一性尤其出現(xiàn)在多偶極子源求解中。要獲得唯一電流源解則需要增加解的約束條件，本研究將采用P300 神經(jīng)源的已有研究結(jié)論，例如利用功能磁共振激活簇的空間坐標(biāo)來約束電流源解的坐標(biāo)位置，就能得出合理的ERPs 等效電流源解及電流特征。

本研究記錄了高密度的腦電數(shù)據(jù)，然后以功能磁共振激活簇的空間坐標(biāo)為約束條件，建立抑郁癥在干擾子刺激和靶刺激條件下的腦電流源模型，基于最小冗余誤差的擬合計算得到電流源的電流時間過程，還比較了抑郁癥與正常人在靶刺激和干擾子刺激條件下產(chǎn)生的電流源電流特征，揭示抑郁癥患者的腦注意過程，闡明抑郁癥患者大腦對靶刺激與干擾子刺激的異常響應(yīng)特征。

1 方法

1.1 受試者

從大學(xué)中征集28 位受試者，其中15 名女性和13 名男性(年齡:19 ～38 歲)，受試者未有過神經(jīng)和心理疾病歷史，自愿參加本次研究，并在知情同意書上簽字。從深圳市康寧醫(yī)院征集25 名抑郁癥患者，其中14 名女性和11 名男性(年齡:21 ～42歲)，患者在知情同意書上簽字，自愿參加本次項(xiàng)目研究。抑郁癥和正常受試者在年齡和性別上大致相當(dāng)。所有抑郁癥患者都經(jīng)康寧醫(yī)院精神科醫(yī)生確診，符合中國精神病診斷標(biāo)準(zhǔn)(CCMD -3)中重型抑郁癥或心境惡劣的診斷標(biāo)準(zhǔn)，但不符合焦慮癥診斷標(biāo)準(zhǔn)，患者的哈密爾頓抑郁量表評分為24.8 ±4.0(均值± 標(biāo)準(zhǔn)差)。抑郁癥受試者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，從未服用精神抗抑郁藥物，或者停藥至少10 d。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)采用視覺3-刺激Oddball 范式，視覺刺激分為靶刺激(Target)、干擾子刺激(Distractor)和標(biāo)準(zhǔn)刺激(Standard)，各種刺激的出現(xiàn)概率分別為0.1、0.1、0.8。圖1 列出實(shí)驗(yàn)采用的視覺刺激圖形。鑒于視覺Oddball 實(shí)驗(yàn)中采用更復(fù)雜或更新奇刺激將對單純研究P300 產(chǎn)生不利影響，所以試驗(yàn)中視覺刺激采用簡單的幾何形狀(方塊與圓形)。實(shí)驗(yàn)由方塊實(shí)驗(yàn)和圓形實(shí)驗(yàn)兩部分組成。如圖1 所示，方塊實(shí)驗(yàn)中，靶刺激采用視角1.21°的方塊，標(biāo)準(zhǔn)刺激為視角1.36°的方塊，干擾子刺激為視角1.53°的圓形。圓形實(shí)驗(yàn)中，靶刺激采用視角1.38°的圓形，標(biāo)準(zhǔn)刺激為視角1.53°的圓形，干擾子刺激為1.36°的方塊。受試者距離顯示屏幕1.2 m，分別參加方塊實(shí)驗(yàn)和圓形實(shí)驗(yàn)各一次，但兩者實(shí)驗(yàn)次序隨機(jī)產(chǎn)生。

在整個刺激序列中，刺激的間隔時間為2 s，刺激呈現(xiàn)時間為75 ms，視覺刺激呈藍(lán)色，背景為黑色。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)靶刺激時，要求受試者立刻按鍵響應(yīng)，而其他刺激出現(xiàn)時不作響應(yīng)。全程實(shí)驗(yàn)分為4 組，每一組產(chǎn)生120 個刺激，組與組之間受試者閉目休息30 s。

1.3 腦電采集與預(yù)處理

采用Neuroscan 腦電系統(tǒng)檢測64 導(dǎo)聯(lián)的EEG數(shù)據(jù)，電極帽記錄Fp1，F(xiàn)p2、F7、F3、Fz、F4、F8、T7、C3、Cz、C4、T8、P7、P3、Pz、P4、P8、O1、Oz、O2 等國際10 ～20 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)頭皮位置的EEG 信號、還記錄其他AF3、AF4、AF7、AF8、AFz、F1、F2、F5、F6、F9、F10、FC1、FC2、FC5、FC6、FT7、FT8、FT9、FT10、C1、C2、C5、C6、CP1、CP2、CP3、CP4、CPz、TP7、TP8、TP9、TP10、P5、P6、P9、P10、PO3、PO4、PO9、PO10、POz、Iz 等位置的EEG 信號，參考電極置于鼻尖位置，頭皮AFz 位置接地。另外為了監(jiān)測眨眼和眼球運(yùn)動，系統(tǒng)還采用4 個表面電極記錄眼電信號(Electrooculography，EOG)，其中一對置于上下眼瞼，另一對分別置于左右眼眶以外1 cm 處。所有電極均為Ag/ AgCl 圓形電極，檢測阻抗＜ 5 kΩ，腦電信號放大器帶寬為0.05 ～100 Hz。

圖1 視覺刺激圖形(上排依次為方塊實(shí)驗(yàn)的靶刺激、標(biāo)準(zhǔn)刺激和干擾子刺激，下排為圓形實(shí)驗(yàn)的靶刺激、標(biāo)準(zhǔn)刺激和干擾子刺激)Fig． 1 Visual stimulus characteristics(Top row displays target，standard and distractor stimuli in the square task， bottom row displays target，standard and distractor stimuli in the circle task)

1.4 腦電預(yù)處理

在進(jìn)行腦電流源分析前，先對采集到的腦電數(shù)據(jù)作如下處理:通過離線計算，將鼻尖為參考的腦電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平均參考的腦電數(shù)據(jù)。將腦電按刺激前200 ms 至刺激后1000 ms 進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，通過Neuroscan 的自動眼動偽跡抑制模塊消除眼動偽跡和其它偽跡信號;然后用刺激前200 ms 的信號段進(jìn)行基線校正，最后將腦電數(shù)據(jù)段進(jìn)行平均疊加計算ERPs，并分別計算靶刺激、干擾子刺激和標(biāo)準(zhǔn)刺激的ERPs。將靶刺激的ERPs 減去標(biāo)準(zhǔn)刺激ERPs 得到靶刺激的差值ERPs;又將干擾子刺激的ERPs 減去標(biāo)準(zhǔn)刺激ERPs 得到干擾子刺激的差值ERPs，然后通過BESA 軟件將每個受試者的差值ERPs 輸出成10-10 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)81 導(dǎo)聯(lián)差值ERPs。分別將所有抑郁癥受試者或正常受試者的差值ERPs 平均疊加，分別得出靶刺激、干擾子刺激的大平均差值ERPs(grand average difference waves)。將差值波進(jìn)行0.1 ～15 Hz 濾波后，再通過樣條插值法計算，顯示靶刺激和干擾子刺激差值波的頭皮電位地形圖。

1.5 腦電流源分析

以下進(jìn)行功能磁共振激活簇Talariach 坐標(biāo)約束的腦電流源建模與計算，磁共振激活坐標(biāo)值來源于一項(xiàng)Oddball 任務(wù)設(shè)計與本文完成相同的國際權(quán)威期刊研究報告［6］，報告提供了靶刺激和干擾子刺激引起的激活重合區(qū)域的中心坐標(biāo)值，共包括圖4所示的14 處激活簇。腦電流源分析采用離散電流源模型，通過國際BESA 軟件的4 層球形頭模，擬合計算多電流源的源電流波形，電流源采用了區(qū)域源模型(regional source，RS)，區(qū)域源能等效擬合空間任意方向的電流矢量，將在各電流方向上比較抑郁癥與正常受試者的源電流差異性。

離散電流源模型的理論算法如下:

式中，D (t)為各導(dǎo)聯(lián)位置記錄的腦電信號數(shù)據(jù)矩陣，矩陣維數(shù)為導(dǎo)聯(lián)數(shù)× 腦電數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù);S (t)為腦電流源信號數(shù)據(jù)矩陣，矩陣維數(shù)為3 倍電流源數(shù)目×電流源信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)(每個電流源由3 個正交偶極子構(gòu)成);L 是導(dǎo)聯(lián)場矩陣，矩陣維數(shù)為導(dǎo)聯(lián)數(shù)×3 倍電流源數(shù)。L 的列向量是對應(yīng)電流源的電流活動經(jīng)過4 層頭模后在各導(dǎo)聯(lián)位置產(chǎn)生的歸一化電位;源空間經(jīng)Tikhonov 正則化取L-1=(LT×L +λ ×I)-1×LT，式中λ 是正則化參數(shù)(一般情況取值1%)，I 為單位矩陣。

為了比較抑郁癥與正常受試者刺激響應(yīng)過程中腦區(qū)域源電流波的差異，首先要建立抑郁癥和正常人在刺激條件下的共同腦區(qū)域源模型，共同模型的區(qū)域源空間坐標(biāo)采用文獻(xiàn)［6］中靶刺激、干擾子刺激的功能磁共振激活簇坐標(biāo)(如表1 所示的Talariach 坐標(biāo)值)，然后按以下方法再確定共同模型中每個區(qū)域源的3 個正交電流方向。

經(jīng)平均疊加分別計算所有受試者靶刺激條件下的總平均ERPs 波和所有受試者干擾子刺激條件下的總平均ERPs 波?；贐ESA 軟件，用14 個區(qū)域源擬合81 標(biāo)準(zhǔn)頭皮位置的總平均ERPs 波，通過BESA 軟件的主電流方向設(shè)置功能設(shè)置共同模型中每個區(qū)域源的主電流方向，使之與總平均ERPs 波在整個時間段內(nèi)的最大偶極子矢量方向匹配，同時確定另外兩個正交的電流方向。

在共同模型的基礎(chǔ)上，將模型作用于每個受試者的81 導(dǎo)聯(lián)ERPs 波，擬合出每個受試者在區(qū)域源各電流方向上的源電流波形。將抑郁癥患者、正常人的各區(qū)域源電流波平均疊加，可得到抑郁癥患者、正常人的大平均區(qū)域源電流波(grand average source waveform)。

最后，采用BESA Statistics 1.0 軟件進(jìn)行抑郁癥和正常人區(qū)域源電流波的顯著差異分析。首先進(jìn)行區(qū)域源電流波形(整個時間段所有時刻)的非配對t-檢驗(yàn)，得到抑郁癥與正常人之間發(fā)生顯著差異的源電流波時間段作為興趣區(qū)域，然后針對非配對t-檢驗(yàn)得到的興趣區(qū)域重新進(jìn)行置換檢驗(yàn)，檢驗(yàn)各時間段波形的差異顯著性，確定顯著差異的源電流波時間段。經(jīng)置換檢驗(yàn)的統(tǒng)計分析結(jié)果都經(jīng)過了多重比較的P 值校正。

圖2 靶刺激大平均ERPs 波形和頭皮電位圖。(a)81 標(biāo)準(zhǔn)頭皮位置的ERPs;(b)典型頭皮位置的ERPs;(c)抑郁癥患者P300 峰值時刻為438 ms 時的頭皮電位圖(左為前視圖，右為后視圖);(d)正常受試者P300 峰值時刻為416 ms 時的頭皮電位圖(左為前視圖，右為后視圖)Fig．2 Grand average difference ERPs and scalp voltage maps to target stimuli (Gray lines illustrate grand average difference ERPs in depressed patients，black lines illustrate grand average difference ERPs in healthy controls)． (a)ERPs at 81 standard scalp sites;(b)ERPs at representative scalp sites;(c)Scalp voltage maps of depressed patients calculated in the P300 latency of 438 ms (The left is front view and the right is rear view);(d)Scalp voltage maps of healthy controls calculated in the P300 latency of 416 ms (The left is front view and the right is rear view)

2 結(jié)果

2.1 行為數(shù)據(jù)

正常受試者靶刺激的平均按鍵響應(yīng)率為94.2%，平均響應(yīng)時間為495.1 ms，標(biāo)準(zhǔn)刺激的平均假陽性率為0.38%，干擾子刺激的假陽性率為0.26%。抑郁癥受試者靶刺激的平均按鍵響應(yīng)率為95%，平均響應(yīng)時間為495.9 ms，標(biāo)準(zhǔn)刺激的平均假陽性率為1.63%，干擾子刺激的假陽性率為0.71%。正常人與抑郁癥患者之間按鍵響應(yīng)率、反應(yīng)時間都沒有顯著差異;另外，雖然抑郁癥受試者的標(biāo)準(zhǔn)刺激和干擾子刺激平均假陽性率都較正常人偏高，但經(jīng)t-檢驗(yàn)表明也沒有顯著性差異(P ＞0.19)。

圖3 干擾子刺激大平均ERPs 波形和頭皮電位圖。(a)81 標(biāo)準(zhǔn)頭皮位置的ERPs;(b)典型頭皮位置的ERPs;(c)抑郁癥患者P300 峰值時刻為419 ms 時的頭皮電位圖(左為前視圖，右為后視圖);(d)正常受試者P300 峰值時刻為420 ms時的頭皮電位圖(左為前視圖，右為后視圖)Fig．3 Grand average difference ERPs and scalp voltage maps to target stimuli． (a)ERPs at 81 standard scalp sites;(b)ERPs at representative scalp sites;(c)Scalp voltage maps of depressed patients calculated in the P300 latency of 419 ms (The left is front view and the right is rear view);(d)Scalp voltage maps of healthy controls calculated in the P300 latency of 420 ms (The left is front view and the right is rear view)

2.2 ERPs 結(jié)果

圖2 和圖3 分別顯示靶刺激、干擾子刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥患者和正常人的81 標(biāo)準(zhǔn)頭皮位置的大平均差值ERPs 波，差值波的時間段為刺激前200 ms 至刺激后1 000 ms。圖2、3 還顯示P300 峰值時刻的頭皮電位圖。通過大平均ERPs 波和頭皮電位圖發(fā)現(xiàn):與正常人基本一致，抑郁癥患者在靶刺激條件下產(chǎn)生的P300 電位以腦后部頂區(qū)活動為主，而干擾子刺激條件下產(chǎn)生的P300 電位以中央?yún)^(qū)域活動為最強(qiáng)。

圖4 區(qū)域源在BESA 標(biāo)準(zhǔn)頭模中的空間位置圖［下頂葉(IPL)、后頂葉皮層(PPC)、顳下皮層(IT)、中央前溝(PrCS)、腦島(INS)、前額葉皮層(PFC)、扣帶回(GC)，顳上溝(STS)］。(a)左視圖;(b)右視圖;(c)頂視圖Fig．4 Position of the regional sources located in a BESA standard head model［Inferior parietal lobe (IPL)，posterior parietal cortex (PPC)，inferior temporal cortex (IT)，precentral sulcus (PrCS)，insula (INS)，prefrontal cortex(PFC)，cingulate gyrus(GC)，superior temporal sulcus (STS)］． (a)Left view;(b)Right view;(c)Bottom view

2.3 源定位結(jié)果

功能磁共振激活簇坐標(biāo)約束的腦電流源模型共包括14 個區(qū)域源，其中6 對雙側(cè)區(qū)域源，分別為雙側(cè)前額葉皮層、雙側(cè)中央前溝、雙側(cè)下頂葉、雙側(cè)后頂葉皮層、雙側(cè)顳下皮層與雙側(cè)腦島;另外還有2個單側(cè)區(qū)域源，分別為扣帶回和右側(cè)顳上溝。圖4和表1 分別顯示14 個區(qū)域源在標(biāo)準(zhǔn)頭模中的空間位置和坐標(biāo)值。采用BESA 軟件擬合區(qū)域源模型的擬合度數(shù)據(jù)總結(jié)如下:對于正常收試者，模型能解釋96.3% ～99.1%的81 導(dǎo)聯(lián)靶刺激ERPs，能解釋96.1% ～98.9% 的81 導(dǎo)聯(lián)干擾子刺激ERPs;對于抑郁癥患者，模型能解釋95.9% ～99.3% 的81 導(dǎo)聯(lián)靶刺激ERPs，能解釋95.6% ～98.7%的81 導(dǎo)聯(lián)干擾子刺激ERPs。圖5 列出靶刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥患者和正常受試者各區(qū)域源在主電流方向上的大平均源電流波，圖6 列出干擾子刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥患者和正常受試者各區(qū)域源在主電流方向上的大平均源電流波。由波形可知，抑郁癥和正常收試者在刺激響應(yīng)過程中都以下頂葉、后頂皮層、顳下皮層和腦島的電流活動較強(qiáng)。比較靶刺激條件下抑郁癥和正常受試者在主電流方向的大平均源電流波發(fā)現(xiàn):雙側(cè)后頂皮層在約650 ms 之后P300 晚期的源電流幅度差異較明顯;左腦島和左中央前溝約650 ms 之后的源電流幅度差異較明顯，右側(cè)腦島、右顳上溝在約500 ～800 ms 之間P300 晚期的源電流幅度差異較明顯。比較干擾子刺激條件下抑郁癥和正常受試者主電流方向的大平均源電流波發(fā)現(xiàn):左下頂葉和左后頂皮層在P300 峰值附近的源電流幅度差異較明顯;雙側(cè)中央前溝、雙側(cè)腦島在600 ms 之后P300 晚期的幅度差異也較明顯，此外，左側(cè)前額葉皮層、右側(cè)下頂葉、扣帶回的源電流波形也有明顯差異。

表1 區(qū)域源的Talariach 坐標(biāo)值Tab． 1 Talairach coordinates of the regional sources

2.4 區(qū)域源電流波形的統(tǒng)計學(xué)比較

分別對14 個區(qū)域源42 個電流方向的源電流波，比較抑郁癥患者與正常人之間的差異顯著性?；谥脫Q檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)聚類法進(jìn)行的多重比較發(fā)現(xiàn):在靶刺激條件下，在主電流方向上未發(fā)現(xiàn)區(qū)域源電流波形的顯著性差異(P ＜0.05)，但是在與主電流正交的另外兩個電流方向上(方向2 和方向3)則發(fā)現(xiàn)區(qū)域源電流波的2 處顯著性差異(分別為P =0.048 6和P =0.047 3)，如圖7 所示它們分別是右中央前溝在電流方向2 上和右腦島在電流方向3 上的源電流幅值存在顯著差異。這兩處源電流顯著差異發(fā)生的時間段分別為刺激出現(xiàn)630 ms 之后和600 ms 之后，最顯著時刻分別為899 ms 和879 ms，這兩處區(qū)域源在899 ms 和879 ms 時刻的源電流在頭皮形成的電位分布如圖7 下中(c)和(d)部所示，抑郁癥患者在右側(cè)腦島方向3 上的源電流和右側(cè)中央前溝方向2 上的源電流在前額區(qū)產(chǎn)生明顯的負(fù)電位分布，而正常人沒有明顯的負(fù)電位分布形成。

圖5 靶刺激引起各區(qū)域源在主電流方向上的源電流波形(灰色為正常人的電流波，黑線為抑郁癥的電流波)Fig．5 Grand average source waves of the main current flow direction in the target condition (Gray line indicates waves for healthy controls，black line indicates waves for depressed patients)．

在干擾子刺激條件下，在主電流方向上也未發(fā)現(xiàn)區(qū)域源電流波形的顯著性差異(P ＜0.05)，在與主電流正交的另外兩個電流方向上同樣未發(fā)現(xiàn)顯著性差異，但其中一處區(qū)域源電流幅度的差異顯著性具有趨勢意義(P =0.087，P ＜0.10)，它是左中央前溝在主電流方向上的源電流發(fā)生明顯差異(如圖8 所示)，這一差異性源電流發(fā)生的時間段為刺激出現(xiàn)630 ms 以后，最顯著時刻為748 ms，左中央前溝在748 ms 時刻的主電流在頭皮形成的電位分布如圖8 下部所示，正常人在左側(cè)中央前溝主電流方向上的源電流在前額區(qū)產(chǎn)生明顯正電位分布，而抑郁癥患者沒有明顯的正電位分布形成。

圖6 干擾子刺激引起各區(qū)域源在主電流方向上的源電流波形(灰色為正常人的源電流，黑線為抑郁癥的源電流)Fig．6 Grand average source waves of the main current flow direction in the distractor condition (Gray line indicates waves for healthy controls，and black line indicates waves for depressed patients)．

3 討論

本研究采用功能磁共振激活簇空間坐標(biāo)為約束條件，建立了視覺Oddball 任務(wù)的腦電流源模型，這一腦電流源模型通過擬合計算，得出局部腦皮層區(qū)域在靶刺激和干擾子刺激條件下的源電流響應(yīng)過程。通過神經(jīng)電生理EEG 信號和神經(jīng)影像fMRI數(shù)據(jù)的信息融合，研究抑郁癥在腦認(rèn)知過程中腦皮層的異常電流響應(yīng)時間過程。

圖7 靶刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥患者與正常人有顯著差異的區(qū)域源電流以及相應(yīng)源電流在頭皮表面產(chǎn)生的電位分布。(a)和(b)右中央前溝(方向2)和右腦島(方向3)的源電流波形(陰影區(qū)域?yàn)橛酗@著差異的源電流時間區(qū)域);(c)右中央前溝源電流(方向2)在899 ms 時形成的頭皮電位分布(左為正常人，右為抑郁癥);(d)右腦島源電流(方向3)在879 ms 時形成的頭皮電位分布(左為正常人，右為抑郁癥)．Fig．7 Significant difference of source activity between depressive patients and healthy controls in the target condition and scalp voltage maps projected by the current flow direction of the corresponding regional sources． (a)and (b)Average source activity waves of the right PrCS (direction 2)and the right INS (direction 3)(The mask indicates the time-period with significant difference);(c)Scalp voltage topographical maps of the right PrCS (direction 2)in the latency of 899 ms (The left is for healthy control and the right is for depressed patient);(d)Scalp voltage topographical maps of the right INS (direction 3)in the latency of 879 ms (The left is for healthy control and the right is for depressed patient)

近年來國內(nèi)外的腦功能研究［4］發(fā)現(xiàn):抑郁癥患者不僅存在情緒的抑郁、沮喪，還普遍存在情緒障礙以外的認(rèn)知功能損害(主要包括注意力、記憶力和執(zhí)行功能下降)，特別是以執(zhí)行功能障礙為特征的前額皮層。本研究采用視覺Oddball 范式研究抑郁癥患者大腦中兩種注意網(wǎng)絡(luò)的異常表現(xiàn)，確定異?；顒拥钠訁^(qū)域和異常電流活動特征。

研究主要發(fā)現(xiàn):在靶刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥的右側(cè)中央前溝區(qū)域和右側(cè)腦島區(qū)域的電流響應(yīng)與正常人存在顯著差異。靶刺激響應(yīng)過程是反映大腦由上而下的內(nèi)源性注意過程，是目標(biāo)引導(dǎo)的注意過程，一些fMRI 研究發(fā)現(xiàn)中央前溝的激活與這一注意過程相關(guān)聯(lián)［7，8］，但fMRI 不能得到精確的時間過程，本研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者右側(cè)中央前溝在刺激發(fā)生約630 ms 之后的電流活動出現(xiàn)異常，引起右側(cè)前額區(qū)域的負(fù)電位分布特征，這與正常人存在顯著差異。因此，我們認(rèn)為:抑郁癥對靶事件引導(dǎo)的注意過程產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致患者右側(cè)中央前溝的P300 晚期電流活動異常;此外，患者的右側(cè)腦島在刺激發(fā)生約600ms 之后的電流活動也出現(xiàn)異常，引起前額區(qū)域的負(fù)電位分布。腦島的功能包括參與對外界環(huán)境的監(jiān)控、進(jìn)行響應(yīng)選擇等腦過程［9］，其中右側(cè)腦島被認(rèn)為在保持大腦對環(huán)境的警覺注意狀態(tài)與維持大腦的目標(biāo)引導(dǎo)選擇性注意狀態(tài)之間起到重要的調(diào)節(jié)作用［10］，因此可以認(rèn)為:抑郁癥對靶刺激引導(dǎo)的注意過程也產(chǎn)生顯著影響，引起右側(cè)腦島的P300 晚期電流活動異常。

圖8 干擾子刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥患者與正常人有顯著差異的區(qū)域源電流以及相應(yīng)源電流在頭皮表面產(chǎn)生的電位分布。(a)左中央前溝區(qū)域源電流波(陰影區(qū)域?yàn)橛酗@著差異的源電流時間區(qū)域);(b)在748 ms 時刻左中央前溝源電流形成的頭皮電位分布(左為正常人，右為抑郁癥)Fig． 8 Significant difference of source activity between depressive patients and healthy controls in the distractor condition and scalp voltage map projected by the current flow direction of the corresponding regional source． (a)Average source waves of the left PrCS (The mask indicates the timeperiod with significant difference);(b)Scalp voltage topographical maps of the left PrCS in the latency of 748 ms (the left is for healthy control and the right is for depressed patient)．

在干擾子刺激響應(yīng)過程中，抑郁癥左側(cè)中央前溝區(qū)域的源電流響應(yīng)與正常人的差異顯著性具有趨勢意義。研究人腦記憶(memory)的一些文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn):記憶提取過程(memory retrieval)主要引起右側(cè)前額皮層的激活;而記憶編碼過程(memory encoding)主要引起左側(cè)前額皮層的激活(即HERA模型)［11-12］，Oddball 任務(wù)的靶刺激出現(xiàn)主要伴隨腦工作記憶區(qū)中靶刺激的重新提取(retrieval)，因此其前額皮層的活動當(dāng)以右側(cè)半球?yàn)橹?，抑郁癥患者在這一前額活動以右側(cè)為主的腦過程中，表現(xiàn)出右側(cè)中央前溝、右側(cè)腦島活動異常;相反，干擾子刺激出現(xiàn)主要伴隨工作記憶區(qū)中干擾子刺激的編碼過程，因此其前額皮層的活動當(dāng)以左側(cè)為主，抑郁癥患者在這一前額活動以左側(cè)為主的腦過程中，表現(xiàn)出左側(cè)中央前溝的活動異常。

4 結(jié)論

抑郁癥患者在視覺Oddball 范式任務(wù)中表現(xiàn)的異常ERPs 特征主要源于額葉的中央前溝，以及與人腦注意系統(tǒng)密切關(guān)聯(lián)的右側(cè)腦島，異常發(fā)生的時間位于P300 晚期。在靶刺激條件下，抑郁癥患者的右側(cè)腦島、右側(cè)中央前溝在P300 晚期產(chǎn)生的源電流與正常人有顯著差異，它引起右側(cè)頭皮前額區(qū)的異常負(fù)電位分布。在干擾子刺激條件下，患者的左側(cè)中央前溝在P300 晚期產(chǎn)生的源電流與正常人有明顯差異，它引起左側(cè)前額區(qū)的異常近零電位分布。

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