創(chuàng)傷后人群腦電和功能近紅外光譜方法檢測神經(jīng)信號的研究進(jìn)展

劉鈺瑞，黃燕琳，張馨予，陳立軍，于利人

創(chuàng)傷后人群作為患創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（Post-traumatic Stress Disorder，PTSD）的高風(fēng)險(xiǎn)人群，其神經(jīng)信號的變化可以從一定程度上為其癥狀表現(xiàn)變化提供依據(jù)。神經(jīng)影像學(xué)研究如功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）等研究表明，PTSD患者出現(xiàn)癥狀的神經(jīng)基礎(chǔ)包括前額葉皮質(zhì)（Prefrontal Cortex，PFC）[1]、前扣帶回（Anterior Cingulate Cortex，ACC）[2]、皮質(zhì)額回、島葉[3]等，大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（Default Mode Network，DMN）[4]、控制網(wǎng)絡(luò)（Central-Executive Network，CEN）[5]等，在應(yīng)對刺激、執(zhí)行、決策、注意、工作記憶[6]、抑制控制等方面發(fā)揮重要作用。尋找創(chuàng)傷后人群特異的神經(jīng)信號對預(yù)警創(chuàng)傷相關(guān)障礙發(fā)生十分重要。

美國精神病學(xué)會在2013-05出版了《精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊》第5版（DSM-5）。DSM-5將PTSD的核心癥狀修改為4組：侵入性癥狀、回避性癥狀、認(rèn)知和心境的消極變化以及警覺性和反應(yīng)性的變化[7]。然而，PTSD患者表現(xiàn)出的這些行為變化并非一蹴而就，可能經(jīng)歷了一個(gè)達(dá)到診斷標(biāo)準(zhǔn)之前的漫長的過渡階段，甚至伴隨著大腦結(jié)構(gòu)的逐步變化?；谶@一觀點(diǎn)，學(xué)界開發(fā)了研究領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)（Research Domain Criteria，RDoC）項(xiàng)目，以創(chuàng)建病理生理學(xué)研究議程，為基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的大腦疾病分類提供框架[8]。與傳統(tǒng)的診斷系統(tǒng)（如DSM）不同，RDoC在其方法上是明確的維度：研究項(xiàng)目中檢查的生物和臨床變量可以在從正常到異常的范圍內(nèi)進(jìn)行測量[9]。

鑒于RDoC項(xiàng)目，有必要更好地理解創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的病理生理學(xué)和確定可能的創(chuàng)傷后應(yīng)激的神經(jīng)信號，最終有助于盡早發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，從而對創(chuàng)傷后人群進(jìn)行早期干預(yù)，并可能改善總體預(yù)后。特別是識別與創(chuàng)傷后應(yīng)激癥狀（Post-traumatic stress symptoms，PTSS）嚴(yán)重程度相關(guān)的神經(jīng)生理信號有可能指導(dǎo)這些個(gè)體更好的治療選擇[10]。

1 EEG檢測創(chuàng)傷后人群的神經(jīng)信號

1.1 事件相關(guān)電 位（Event-related potential，ERPs）研究 基于聽覺ERPs的發(fā)現(xiàn)揭示了P2反應(yīng)和PTSS之間的顯著關(guān)聯(lián)。Metzger等人調(diào)查了越戰(zhàn)男性退伍軍人在四聲刺激強(qiáng)度調(diào)制過程中的P2反應(yīng)[11]。對PTSD和非PTSD但創(chuàng)傷暴露的退伍軍人進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)P2斜率與PTSS嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，與再體驗(yàn)癥狀正相關(guān)[11]。Wessa等人的視覺ERP研究發(fā)現(xiàn)，在對事故相關(guān)圖像的反應(yīng)中，P200與回避和麻木癥狀負(fù)相關(guān)[12]，回避讓人想起創(chuàng)傷的想法、感覺、活動或人是創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的顯著癥狀。也許創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者在接受刺激時(shí)表現(xiàn)出右側(cè)內(nèi)側(cè)上PFC的激活增加，這是因?yàn)樵噲D在情緒上分離和降低喚醒，由此表明，回避和麻木策略的程度與P200對創(chuàng)傷相關(guān)內(nèi)容的反應(yīng)有關(guān)。

另一個(gè)與檢測創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙特別相關(guān)的ERP成分是晚期正電位（Late Positive Potential，LPP）。LPP是一種中央-頂葉正向ERP成分，在刺激開始后約400 ms出現(xiàn)，對于情緒（如威脅性）刺激比中性刺激更大。具體地說，LPP被認(rèn)為是一種跟蹤情緒刺激引起的注意力的方法。MacNamara等人在一項(xiàng)將面部匹配范式應(yīng)用于男性戰(zhàn)斗退伍軍人的研究中發(fā)現(xiàn)，對可怖面孔反應(yīng)的LPP與侵入性癥狀負(fù)相關(guān)[13]。與Wessa等人發(fā)現(xiàn)對創(chuàng)傷相關(guān)圖像的反應(yīng)的LPP與回避和麻木癥狀之間存在負(fù)相關(guān)一致[12]。Julia等人發(fā)現(xiàn)，LPP與憤怒面孔和威斯康星卡片分類測驗(yàn)持續(xù)性錯(cuò)誤之間有顯著的交互作用。這種相互作用提供了對認(rèn)知和情緒共同作用于創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的途徑的洞察。在有更嚴(yán)重的持續(xù)性錯(cuò)誤（即執(zhí)行功能較差）的退伍軍人中，相對增強(qiáng)的對憤怒面孔的反應(yīng)預(yù)測了更大的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥狀。相反，在持續(xù)性錯(cuò)誤較低的退伍軍人中（即，更好的執(zhí)行功能），對憤怒表情的反應(yīng)降低也預(yù)示著PTSD癥狀的加重。這些結(jié)果表明，這兩個(gè)生物標(biāo)志物提供了對PTSD的洞察，這可能比單獨(dú)的任何一個(gè)指標(biāo)都更有效[14-15]。

P300也是組成LPP集群的ERP組件之一。P300被描述為在處理刺激情境以及注意力和喚醒水平方面發(fā)揮作用。更具體地說，P300家族是由相互作用的子成分P3a和P3b組成的，P3a起源于額葉分布，以反映任務(wù)處理過程中刺激驅(qū)動的注意力或工作記憶，而P3b則來源于顳頂葉分布，以反映與記憶更新過程相關(guān)的注意，并與之相關(guān)用于將來的內(nèi)存處理[16]。Kimura等人調(diào)查了居住在日本大地震震中周邊地區(qū)的PTSS學(xué)生，報(bào)告了P300和警覺癥狀的正相關(guān)[17]。

1.2 頻譜分析 Wahbeh和Oken發(fā)現(xiàn)峰值α頻率與PTSS嚴(yán)重程度之間存在直接關(guān)系[18]；Nunez等人發(fā)現(xiàn)較低的峰值α頻率與放松相關(guān)[16]，因此較高的峰值α頻率可以反映緊張程度；Kemp等人觀察靜息態(tài)α不對稱，發(fā)現(xiàn)右額葉活動增加與更嚴(yán)重的PTSS相關(guān)[19]；Meyer等人研究表明，額葉不對稱的狀態(tài)依賴性變化可以作為創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥狀的神經(jīng)信號，并最終可用于診斷目的或作為神經(jīng)調(diào)節(jié)干預(yù)的靶點(diǎn)[20]。

1.3 靜息態(tài)功能連接（Function Connectivity，F(xiàn)C） 研究表明，PTSD患者β、γ能帶額中央電極的節(jié)點(diǎn)度（Dnodal）、節(jié)點(diǎn)效率（Enodal）較健康對照組明顯降低，β和γ譜帶的Dnodal分別與抑郁癥狀和覺醒癥狀顯著相關(guān)[21]。β和γ能帶的Enodal與再體驗(yàn)、警覺性增強(qiáng)、PTSD癥狀的嚴(yán)重程度和出現(xiàn)頻率顯著相關(guān)[22]。即PTSD患者靜息狀態(tài)FC降低，且FC值與PTSD癥狀嚴(yán)重程度顯著相關(guān)，靜息態(tài)FC可能是PTSD的一個(gè)有用的神經(jīng)信號[23]。此外，Rahmani等人研究表明通道F3可作為動態(tài)Hurst指數(shù)診斷PTSD和健康人的有用通道。F3位于大腦的額區(qū)，與情緒識別任務(wù)有關(guān)，它還涉及到判斷、計(jì)劃和持續(xù)關(guān)注的任務(wù)[24]。

運(yùn)用EEG方法檢測PTSD的核心癥狀均發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的神經(jīng)生物標(biāo)志，其信號交流不可能是孤立的，如獎賞回路等通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞信息的通路可能承擔(dān)著與杏仁核等認(rèn)知情緒調(diào)節(jié)區(qū)域聯(lián)絡(luò)的功能，單純的EEG分析可能并不全面，還需要結(jié)合神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果進(jìn)一步分析。

2 fNIRS檢測創(chuàng)傷后人群的神經(jīng)信號

2.1 情緒相關(guān)的fNIRS研究 Yennu等人研究發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行Stroop任務(wù)時(shí)，健康對照組顯示外側(cè)前額葉皮質(zhì)區(qū)域的血流動力學(xué)激活，尤其是左側(cè)背外側(cè)前額葉和左側(cè)穹窿部，而患有PTSD的退伍軍人在相同的Stroop任務(wù)中未能激活這些皮層區(qū)域。這些觀察結(jié)果可能暗示PTSD受試者在應(yīng)對Stroop干擾方面遇到困難。此外，在顏色詞匹配任務(wù)中，任務(wù)反應(yīng)時(shí)間與左側(cè)背外側(cè)前額葉皮質(zhì)的氧合血紅蛋白反應(yīng)呈顯著負(fù)相關(guān)[25]。

對Stroop任務(wù)的處理能力下降可能指向這些患者的情緒處理功能失常，研究表明，額葉大腦不對稱與基本情緒維度的差異有關(guān)，特別是在回避-退縮行為的系統(tǒng)激活方面。研究表明，右側(cè)額葉的氧合血紅蛋白水平與焦慮或增強(qiáng)的負(fù)面情緒相關(guān)[26]，Gramlich等人研究顯示，與非軍事人員相比，患有創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的戰(zhàn)斗退伍軍人對創(chuàng)傷相關(guān)聲音表現(xiàn)出顯著的激活作用，這種增加的神經(jīng)激活大約位于右側(cè)內(nèi)側(cè)上前額葉皮質(zhì)（Brodmann區(qū)域9/10），這一區(qū)域與經(jīng)歷消極或威脅性刺激和情緒脫離有關(guān)[27]?？梢娗邦~葉系統(tǒng)對恐懼、焦慮、情緒偏向等控制的可能機(jī)制在于連接，創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者處理情緒問題的表現(xiàn)下降很可能是因?yàn)樽笥夷X與杏仁核等的連接功能紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致對負(fù)面情緒的持續(xù)關(guān)注甚至放大，造成負(fù)性情緒體驗(yàn)并出現(xiàn)相應(yīng)癥狀。腦電靜息態(tài)功能連接的部分研究也證明了這種觀點(diǎn)。

研究表明，創(chuàng)傷相關(guān)線索有一種特殊的神經(jīng)生理學(xué)反應(yīng)，可能為戰(zhàn)斗相關(guān)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙提供特異的神經(jīng)信號，如左、右前額葉皮質(zhì)特定區(qū)域的氧合血紅蛋白水平。這樣的反應(yīng)可以比單純的診斷評估提供更高的有效性，并有助于規(guī)劃和監(jiān)測治療結(jié)果[27]。

2.2 記憶相關(guān)的fNIRS研究 Tian等人采用多通道功能近紅外光譜技術(shù)對前、后廣度任務(wù)記憶時(shí)前額葉皮層血流動力學(xué)的激活進(jìn)行了測量，采用事件相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分離工作記憶的編碼、維持和提取的不同階段。在有創(chuàng)傷病史的患者中，負(fù)性記憶與中性（即與創(chuàng)傷無關(guān)）記憶所引起的左右半球活動存在差異，而對照組則沒有。根據(jù)半球情緒配價(jià)（Hemispheric emotional valence，HEV）模型，右側(cè)額葉皮質(zhì)更多地與負(fù)面情緒的加工有關(guān)，而左側(cè)額葉皮質(zhì)更多地與積極情緒和中性情緒的加工有關(guān)。健康對照組在編碼和提取過程中顯示出強(qiáng)大的血流動力學(xué)激活，而患有PTSD的退伍軍人在編碼過程中被發(fā)現(xiàn)有激活，但在提取過程中卻有明顯的失活。PTSD參與者似乎在記憶提取過程中抑制了前額葉的活動。這種失活對于右背外側(cè)前額葉皮質(zhì)在提取階段更為明顯。PTSD患者的這些失活可能與工作記憶恢復(fù)過程中背外側(cè)前額葉神經(jīng)活動的主動抑制有關(guān)[28]，并且前額葉的“失活”可能是編碼和維持階段的激活和提取階段的失活的綜合結(jié)果。

3 小 結(jié)

前額葉及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)作為人腦認(rèn)知功能的重要區(qū)域，其神經(jīng)信號的神經(jīng)生理學(xué)和fNIRS測量研究為我們提示了創(chuàng)傷后人群神經(jīng)信號特點(diǎn)的重要線索。鑒于RDoC項(xiàng)目的觀點(diǎn)，以上基于EEG和fNIRS方法的神經(jīng)信號研究經(jīng)過廣大學(xué)者論證，可以在一定程度上作為創(chuàng)傷后人群的生物標(biāo)記，有可能用作指導(dǎo)個(gè)體更好的治療選擇。不難發(fā)現(xiàn)，以上指標(biāo)在大腦機(jī)制方面存在許多共同基礎(chǔ)，二者的聯(lián)合檢測或許比單獨(dú)檢測可以發(fā)現(xiàn)更多信息。未來還需要更多研究探尋各信號背后的關(guān)聯(lián)，為PTSD的預(yù)防治療提供新視角。