靜息態(tài)fMRI觀察短期正念減壓訓(xùn)練對(duì)大腦功能網(wǎng)絡(luò)小世界屬性的影響

李 雷，畢國(guó)力，吳昆華，劉瑞湘，趙興蓉，張宏江，肖 琴，武麗莎，陳壯飛*(.昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系，云南 昆明 650550；.云南省第一人民醫(yī)院磁共振室，云南 昆明 6500；．云南省第二人民醫(yī)院臨床心理科，云南 昆明 6500；.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院精神科，云南 昆明 6500)

正念起源于2500年前的古老東方佛教，Kabatzinn博士將其定義為“通過(guò)有目的地將注意力集中于當(dāng)下，不加評(píng)判地覺知一個(gè)又一個(gè)瞬間所呈現(xiàn)的體驗(yàn)，而涌現(xiàn)出的一種覺知力”[1]。正念目前已成為心理治療的重要概念和技術(shù)。以fMRI技術(shù)研究正念的腦機(jī)制已成為熱點(diǎn)，8周正念減壓練習(xí)可引起與長(zhǎng)期練習(xí)一致的腦結(jié)構(gòu)及功能改變，但有學(xué)者[2]提出簡(jiǎn)單的腦結(jié)構(gòu)和功能改變分析不足以揭示腦區(qū)間的功能組織模式?；趫D論數(shù)學(xué)模型的腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析從整體性[3]角度為腦功能評(píng)價(jià)提供了更宏觀的視角：將目標(biāo)腦區(qū)視為節(jié)點(diǎn)，以加權(quán)矢量或標(biāo)量表示節(jié)點(diǎn)之間的連接信息，進(jìn)而計(jì)算出全腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩?，是一種綜合評(píng)價(jià)全腦腦區(qū)之間作用機(jī)制的方法[4]。本研究通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，觀察正念對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)小世界屬性的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2015年8月—11月通過(guò)海報(bào)招募形式征集未接觸過(guò)正念及相關(guān)練習(xí)的健康志愿者16名，年齡19～42歲，平均(27.6±5.0)歲，均為右利手(采用Edinburgh利手測(cè)試評(píng)定)。納入標(biāo)準(zhǔn)：可理解測(cè)試及練習(xí)內(nèi)容，無(wú)精神及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，近6個(gè)月未接受藥物治療、外科手術(shù)，無(wú)顱腦外傷史及電抽搐治療史，能完成正念練習(xí)及相應(yīng)評(píng)估并可配合MR檢查。本研究經(jīng)昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)論證通過(guò)，受試者均被告知研究風(fēng)險(xiǎn)及相關(guān)事項(xiàng)并簽署知情同意書。

1.2 正念減壓訓(xùn)練 對(duì)受試者進(jìn)行為期8周、每周2 h的正念減壓訓(xùn)練。8周的主題分別為身體掃描、正念進(jìn)食、正念瑜伽、STOP(Stop, Take a breath, Observe, Proceed)練習(xí)、RAIN(Recognize, Accept, Investigate, Non-identification)練習(xí)[5]、湖泊/山峰冥想、慈心禪及對(duì)話陰影。同時(shí)受試者需練習(xí)將正念帶入到生活中，要求其每日進(jìn)行表格記錄，以保證訓(xùn)練的完整度，并在每周集體練習(xí)時(shí)進(jìn)行反饋。訓(xùn)練前后以正念五因素覺知量表(five facet mindfulness questionnaire， FFMQ)、積極情緒和消極情緒量表(positive affect and negative affect scale， PANAS)對(duì)所有受試者進(jìn)行評(píng)估。于訓(xùn)練前和訓(xùn)練結(jié)束后3天內(nèi)采集靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)。

1.3 儀器與方法

1.3.1 fMRI數(shù)據(jù)采集 采用GE Exclte 3.0T MR掃描儀及8通道頭線圈。先行腦結(jié)構(gòu)掃描，由1名影像科醫(yī)師進(jìn)行審閱，排除腦部形態(tài)學(xué)異常者。掃描前囑受試者保持不動(dòng)，全身放松，全程閉目但不能入睡，盡量不進(jìn)行主動(dòng)思考，掃描后確認(rèn)受試者掃描期間未入睡。fMRI采用GRE-EPI序列，TR 3 000 ms，TE 40 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)間100 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣96×96，厚層4 mm，體素大小2.5 mm×2.5 mm×4.0 mm，共采集100個(gè)連續(xù)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)34幅軸位圖像。

1.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 基于Matlab 7.6平臺(tái)，采用SPM8和DPARSF軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除前10個(gè)時(shí)間序列的數(shù)據(jù)以消除磁場(chǎng)不均衡的影響，進(jìn)行時(shí)間校正和頭動(dòng)校正(頭動(dòng)幅度在3個(gè)方向上的平移均<1 mm，旋轉(zhuǎn)均<1°)，用EPI模板對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。將空間體素重新采樣，大小為3 mm×3 mm×3 mm，去除線性漂移，以0.01～0.08 Hz頻段對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，去除高信號(hào)和低信號(hào)漂移。

1.3.3 小世界屬性分析 以DPARSF工具包提取自動(dòng)解剖標(biāo)記(automated anatomical labeling, AAL)90個(gè)分區(qū)的平均時(shí)間序列，采用Gretna工具包計(jì)算大腦連接矩陣及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。全腦參數(shù)包括全局聚類系數(shù)(Cp)和特征路徑長(zhǎng)度(Lp)，與相同規(guī)模隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)比較得到標(biāo)準(zhǔn)化聚類系數(shù)(γ=Creal/Crandom，其中Creal指實(shí)際網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)，Crandom指隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù))和標(biāo)準(zhǔn)化特征路徑長(zhǎng)度(λ=Lreal/Lrandom，其中Lreal指實(shí)際網(wǎng)絡(luò)特征路徑長(zhǎng)度，Lrandom指隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)特征路徑長(zhǎng)度)、小世界值(σ，σ=γ/λ)，全局效率(Eglob)和局部效率(Eloc)；節(jié)點(diǎn)(腦區(qū))參數(shù)包括節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)(Ci)、節(jié)點(diǎn)路徑長(zhǎng)度(Li)、節(jié)點(diǎn)全局效率(Ei_glob)、節(jié)點(diǎn)局部效率(Ei_loc)及介數(shù)(Be)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用PASW 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。正念減壓訓(xùn)練前后分類變量的比較采用χ2檢驗(yàn)，連續(xù)變量的比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，在較寬閾值范圍內(nèi)比較網(wǎng)絡(luò)全局參數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，對(duì)組間比較有差異的全局參數(shù)進(jìn)一步比較腦區(qū)(節(jié)點(diǎn))水平的相應(yīng)指標(biāo)差異；以Pearson相關(guān)分析評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)全局參數(shù)與FFMQ及PANAS量表評(píng)分的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 全局參數(shù) 在較寬的稀疏度范圍內(nèi)觀察到正念減壓訓(xùn)練前后受試者腦功能復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性(γ>1，λ≈1，σ>1)，正念訓(xùn)練后全腦Eloc、γ、和σ均下降(圖1)，在稀疏度閾值為1%～16%范圍內(nèi)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，其余全局指標(biāo)(包括Eglob、Cp、Lp及λ)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

2.2 節(jié)點(diǎn)參數(shù) 于節(jié)點(diǎn)水平，在較寬稀疏度范圍內(nèi)均可觀察到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)改變，稀疏度閾值為20%時(shí)，雙側(cè)扣帶回中部、雙側(cè)杏仁體、右側(cè)殼核、左側(cè)丘腦的Ei_glob升高，左側(cè)背外側(cè)額上回、右側(cè)額上回眶部、雙側(cè)緣上回Ei_glob降低(P均<0.05)；左側(cè)海馬、左側(cè)尾狀核、右側(cè)丘腦的Ei_loc升高，右側(cè)扣帶回后部、頂下緣角回Ei_loc降低(P均<0.05)；左側(cè)額下回三角部、雙側(cè)扣帶回中部、左側(cè)杏仁體、右側(cè)旁中央小葉的Be升高，左側(cè)背外側(cè)額上回、左側(cè)額上回眶部Be降低(P均<0.05)；見圖2。

2.3 正念能力及情緒狀態(tài)量表 8周正念減壓訓(xùn)練后，F(xiàn)FMQ評(píng)分中除不評(píng)判因子得分外，其余因子得分及總分均較訓(xùn)練前升高(P均<0.05)；PANAS評(píng)分中消極情緒得分較訓(xùn)練前下降(P<0.001)，見表1。

在節(jié)點(diǎn)水平(稀疏度閾值為20%時(shí))，右側(cè)額上回眶部Ei_glob與不評(píng)判因子得分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.546，P=0.029)，右側(cè)杏仁體Ei_glob與觀察(r=0.607，P=0.013)及描述(r=0.544，P=0.030)因子得分呈正相關(guān)；雙側(cè)杏仁體Ei_glob與消極情緒得分呈正相關(guān)(左側(cè)r=0.625，P=0.010；右側(cè)r=0.535，P=0.033)；右側(cè)緣上回Ei_glob與觀察因子得分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.529，P=0.035)；右側(cè)殼核Ei_glob與觀察因子(r=0.667，P=0.005)、描述因子(r=0.655，P=0.006)及FFMQ總分(r=0.526，P=0.037)呈正相關(guān)；左側(cè)丘腦Ei_glob與積極情緒得分呈正相關(guān)(r=0.601，P=0.014)；右側(cè)頂下緣角回Ei_loc與觀察因子得分(r=-0.587，P=0.017)、積極情緒得分(r=-0.585，P=0.017)呈負(fù)相關(guān)。Be值與FFMQ及PANAS量表得分的線性相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

圖1 正念減壓訓(xùn)練前與訓(xùn)練后全腦標(biāo)準(zhǔn)化Eloc(A)、γ(B)和σ(C)比較

表1 正念減壓訓(xùn)練前后FFMQ及PANAS量表評(píng)分比較(±s)

表1 正念減壓訓(xùn)練前后FFMQ及PANAS量表評(píng)分比較(±s)

正念減壓訓(xùn)練前后FFMQ評(píng)分觀察描述覺知行為不評(píng)判不反應(yīng)總分PANAS評(píng)分積極情緒消極情緒訓(xùn)練前23．06±6．1422．37±4．3720．31±4．5923．63±5．2819．50±4．37108．88±16．8430．88±3．4216．63±3．56 訓(xùn)練后27．00±5．0728．44±4．7627．81±4．4326．63±4．8722．31±5．23132．19±15．3830．38±3．8112．88±2．47 t值-3．314-6．235-3．890-1．324-2．397-5．3071．2255．616 P值0．007<0．0010．0010．2050．030<0．0010．240<0．001

圖2 正念減壓訓(xùn)練前后節(jié)點(diǎn)參數(shù)變化腦區(qū) A、B.Ei_glob； C、D.Ei_loc； E、F.Be (A、C、E為左側(cè)大腦半球外側(cè)面觀；B、D、F為右側(cè)大腦半球內(nèi)側(cè)面觀；SFGdor：背外側(cè)額上回；DCG：扣帶回中部；SMG：緣上回；THA：丘腦；AMYG：杏仁體；PUT：殼核；ORBsup：額上回眶部；CAU：尾狀核；HIP：海馬；IPL：頂下緣角回；PCG：扣帶回后部；IFGtriang：額下回三角部；PCL：旁中央小葉；紅色表示數(shù)值升高；藍(lán)色表示數(shù)值減低)

3 討論

作為一種以接納及不評(píng)判為前提培育注意力并聚焦于當(dāng)下的內(nèi)部過(guò)程，正念與對(duì)應(yīng)的心理干預(yù)對(duì)許多精神、心理問(wèn)題具有較好治療效果[6]，并有助于提升普通人群的心理健康水平。闡明其潛在的神經(jīng)機(jī)制可為正念在心身干預(yù)中的應(yīng)用提供新的線索和依據(jù)。

3.1 腦網(wǎng)絡(luò)小世界特性 本研究發(fā)現(xiàn)，8周正念減壓訓(xùn)練前后受試者腦功能復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性，且訓(xùn)練后全腦Eloc、γ、和σ均下降，而Eglob無(wú)顯著改變，其整合與分離并存的特征進(jìn)一步反映了網(wǎng)絡(luò)的小世界特性。較低Eloc意味著“改道”的可能性增加，提示皮層網(wǎng)絡(luò)功能“分離”趨勢(shì)[7]；Eloc下降也表明網(wǎng)絡(luò)向隨機(jī)化轉(zhuǎn)變，反映不同神經(jīng)元中心區(qū)域總體效率降低以及整合-分離平衡的變化，提示短期正念練習(xí)可引起大腦信息加工模式改變。

3.2 節(jié)點(diǎn)(腦區(qū))屬性 有研究[8-9]認(rèn)為正念主要影響外側(cè)額葉及基底核區(qū)。較早期研究[10]發(fā)現(xiàn)正念與負(fù)責(zé)壓力應(yīng)答和情緒調(diào)節(jié)的皮質(zhì)—邊緣回路的神經(jīng)重塑有關(guān)，且海馬、尾狀核灰質(zhì)體積下降與特質(zhì)正念相關(guān)，壓力誘導(dǎo)的杏仁體—膝下前扣帶功能連接增強(qiáng)可被正念冥想練習(xí)逆轉(zhuǎn)[11]。對(duì)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder， PTSD)患者的研究[12]發(fā)現(xiàn)，正念可增強(qiáng)喙部前扣帶、背內(nèi)側(cè)前額葉及左側(cè)杏仁體在社會(huì)情緒加工任務(wù)中的激活性。本研究觀察到Ei_glob、Ei_loc和Be改變的節(jié)點(diǎn)主要分布在額葉(包括前額葉)、頂葉、顳葉及皮層下，涉及聯(lián)合皮層區(qū)域、邊緣及旁邊緣系統(tǒng)和皮層下功能區(qū)。目前對(duì)正念練習(xí)者的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析較少，尾狀核[13]、丘腦[14]、旁中央?yún)^(qū)域、島葉[15]在冥想練習(xí)者或冥想狀態(tài)中都顯示出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)屬性的改變。上述腦區(qū)參與基底核—丘腦—皮質(zhì)環(huán)路，與強(qiáng)化學(xué)習(xí)有關(guān)[16]，其中目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)由尾狀核調(diào)節(jié)，而習(xí)慣性學(xué)習(xí)由殼核調(diào)節(jié)[16]。冥想練習(xí)的減壓效應(yīng)可能與從目標(biāo)導(dǎo)向到習(xí)慣性學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)化有關(guān)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)殼核Ei_glob升高提示殼核在整合信息加工中的角色增強(qiáng)，而尾狀核Ei_loc增加則提示該腦區(qū)從功能上呈現(xiàn)“分離”趨勢(shì)，證實(shí)了上述推論。本研究中殼核Ei_glob與FFMQ評(píng)分呈正相關(guān)，隨著正念學(xué)習(xí)的習(xí)慣化和目標(biāo)導(dǎo)向?qū)W習(xí)過(guò)程的易化，推測(cè)該腦區(qū)以增強(qiáng)信息整合的方式參與了該轉(zhuǎn)化過(guò)程。

既往研究[17]報(bào)道了前額葉區(qū)域與正念的關(guān)聯(lián)。本研究發(fā)現(xiàn)前額葉區(qū)域Ei_glob及Be值下降，可能提示前額葉腦區(qū)在全局信息處理中負(fù)荷下降。自下而上的情緒調(diào)節(jié)并不需要認(rèn)知控制或語(yǔ)義加工的參與，主要涉及情緒產(chǎn)生腦區(qū)(如杏仁體、背側(cè)扣帶回及島葉前部)及內(nèi)隱情緒調(diào)節(jié)區(qū)域(如背外側(cè)前額葉)[18]。本研究觀察到前額葉區(qū)域網(wǎng)絡(luò)效率下降而基底核區(qū)網(wǎng)絡(luò)效率升高，可能反映所采用正念訓(xùn)練方法的側(cè)重不同，即以基于自下而上的對(duì)感受的覺知練習(xí)為主，而非自上而下的注意控制。

本研究樣本量相對(duì)較少，采用自身前后對(duì)照而未單獨(dú)設(shè)置對(duì)照組，后續(xù)研究中尚需增加樣本量，設(shè)置對(duì)照組或假干預(yù)組，以進(jìn)一步明確正念對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)的影響；其次，在正念的諸多成分中，需要依照不同的操作指令進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，如前述自下而上對(duì)感受的覺知練習(xí)或自上而下的注意控制，以區(qū)分其不同成分的影響；再者，對(duì)正念效應(yīng)進(jìn)行客觀行為學(xué)評(píng)價(jià)而非主觀報(bào)告以及縱向隨訪，也是未來(lái)研究中需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

綜上所述，短期正念減壓練習(xí)能引起大腦功能網(wǎng)絡(luò)小世界屬性的改變，前額葉網(wǎng)絡(luò)效率下降而基底核區(qū)域網(wǎng)絡(luò)效率增加，反映了自下而上的調(diào)節(jié)機(jī)制，部分腦區(qū)節(jié)點(diǎn)效率可反映訓(xùn)練后正念能力及情緒狀態(tài)，為進(jìn)一步探尋短期正念訓(xùn)練對(duì)大腦功能網(wǎng)絡(luò)的影響提供了一定線索。