創(chuàng)傷后人群腦電和功能近紅外光譜方法檢測神經信號的研究進展

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)傷后應激障礙（Post-traumatic Stress Disorder，PTSD）的高風險人群，其神經信號的變化可以從一定程度上為其癥狀表現變化提供依據。神經影像學研究如功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）等研究表明，PTSD患者出現癥狀的神經基礎包括前額葉皮質（Prefrontal Cortex，PFC）[1]、前扣帶回（Anterior Cingulate Cortex，ACC）[2]、皮質額回、島葉[3]等，大腦神經網絡如默認模式網絡（Default Mode Network，DMN）[4]、控制網絡（Central-Executive Network，CEN）[5]等，在應對刺激、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信號對預警創(chuàng)傷相關障礙發(fā)生十分重要。

美國精神病學會在2013-05出版了《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》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、認知和心境的消極變化以及警覺性和反應性的變化[7]。然而，PTSD患者表現出的這些行為變化并非一蹴而就，可能經歷了一個達到診斷標準之前的漫長的過渡階段，甚至伴隨著大腦結構的逐步變化。基于這一觀點，學界開發(fā)了研究領域標準（Research Domain Criteria，RDoC）項目，以創(chuàng)建病理生理學研究議程，為基于經驗數據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進行測量[9]。

鑒于RDoC項目，有必要更好地理解創(chuàng)傷后應激障礙的病理生理學和確定可能的創(chuàng)傷后應激的神經信號，最終有助于盡早發(fā)現創(chuàng)傷后應激障礙，從而對創(chuàng)傷后人群進行早期干預，并可能改善總體預后。特別是識別與創(chuàng)傷后應激癥狀（Post-traumatic stress symptoms，PTSS）嚴重程度相關的神經生理信號有可能指導這些個體更好的治療選擇[10]。

1 EEG檢測創(chuàng)傷后人群的神經信號

1.1 事件相關電 位（Event-related potential，ERPs）研究 基于聽覺ERPs的發(fā)現揭示了P2反應和PTSS之間的顯著關聯(lián)。Metzger等人調查了越戰(zhàn)男性退伍軍人在四聲刺激強度調制過程中的P2反應[11]。對PTSD和非PTSD但創(chuàng)傷暴露的退伍軍人進行Pearson相關分析，發(fā)現P2斜率與PTSS嚴重程度呈正相關，與再體驗癥狀正相關[11]。Wessa等人的視覺ERP研究發(fā)現，在對事故相關圖像的反應中，P200與回避和麻木癥狀負相關[12]，回避讓人想起創(chuàng)傷的想法、感覺、活動或人是創(chuàng)傷后應激障礙的顯著癥狀。也許創(chuàng)傷后應激障礙患者在接受刺激時表現出右側內側上PFC的激活增加，這是因為試圖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)傷相關內容的反應有關。

另一個與檢測創(chuàng)傷后應激障礙特別相關的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，對于情緒（如威脅性）刺激比中性刺激更大。具體地說，LPP被認為是一種跟蹤情緒刺激引起的注意力的方法。MacNamara等人在一項將面部匹配范式應用于男性戰(zhàn)斗退伍軍人的研究中發(fā)現，對可怖面孔反應的LPP與侵入性癥狀負相關[13]。與Wessa等人發(fā)現對創(chuàng)傷相關圖像的反應的LPP與回避和麻木癥狀之間存在負相關一致[12]。Julia等人發(fā)現，LPP與憤怒面孔和威斯康星卡片分類測驗持續(xù)性錯誤之間有顯著的交互作用。這種相互作用提供了對認知和情緒共同作用于創(chuàng)傷后應激障礙的途徑的洞察。在有更嚴重的持續(xù)性錯誤（即執(zhí)行功能較差）的退伍軍人中，相對增強的對憤怒面孔的反應預測了更大的創(chuàng)傷后應激障礙癥狀。相反，在持續(xù)性錯誤較低的退伍軍人中（即，更好的執(zhí)行功能），對憤怒表情的反應降低也預示著PTSD癥狀的加重。這些結果表明，這兩個生物標志物提供了對PTSD的洞察，這可能比單獨的任何一個指標都更有效[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，以反映任務處理過程中刺激驅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的注意，并與之相關用于將來的內存處理[16]。Kimura等人調查了居住在日本大地震震中周邊地區(qū)的PTSS學生，報告了P300和警覺癥狀的正相關[17]。

1.2 頻譜分析 Wahbeh和Oken發(fā)現峰值α頻率與PTSS嚴重程度之間存在直接關系[18]；Nunez等人發(fā)現較低的峰值α頻率與放松相關[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)現右額葉活動增加與更嚴重的PTSS相關[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)傷后應激障礙癥狀的神經信號，并最終可用于診斷目的或作為神經調節(jié)干預的靶點[20]。

1.3 靜息態(tài)功能連接（Function Connectivity，FC） 研究表明，PTSD患者β、γ能帶額中央電極的節(jié)點度（Dnodal）、節(jié)點效率（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[21]。β和γ能帶的Enodal與再體驗、警覺性增強、PTSD癥狀的嚴重程度和出現頻率顯著相關[22]。即PTSD患者靜息狀態(tài)FC降低，且FC值與PTSD癥狀嚴重程度顯著相關，靜息態(tài)FC可能是PTSD的一個有用的神經信號[23]。此外，Rahmani等人研究表明通道F3可作為動態(tài)Hurst指數診斷PTSD和健康人的有用通道。F3位于大腦的額區(qū)，與情緒識別任務有關，它還涉及到判斷、計劃和持續(xù)關注的任務[24]。

運用EEG方法檢測PTSD的核心癥狀均發(fā)現有相關的神經生物標志，其信號交流不可能是孤立的，如獎賞回路等通過神經遞質傳遞信息的通路可能承擔著與杏仁核等認知情緒調節(jié)區(qū)域聯(lián)絡的功能，單純的EEG分析可能并不全面，還需要結合神經影像學結果進一步分析。

2 fNIRS檢測創(chuàng)傷后人群的神經信號

2.1 情緒相關的fNIRS研究 Yennu等人研究發(fā)現，在執(zhí)行Stroop任務時，健康對照組顯示外側前額葉皮質區(qū)域的血流動力學激活，尤其是左側背外側前額葉和左側穹窿部，而患有PTSD的退伍軍人在相同的Stroop任務中未能激活這些皮層區(qū)域。這些觀察結果可能暗示PTSD受試者在應對Stroop干擾方面遇到困難。此外，在顏色詞匹配任務中，任務反應時間與左側背外側前額葉皮質的氧合血紅蛋白反應呈顯著負相關[25]。

對Stroop任務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，特別是在回避-退縮行為的系統(tǒng)激活方面。研究表明，右側額葉的氧合血紅蛋白水平與焦慮或增強的負面情緒相關[26]，Gramlich等人研究顯示，與非軍事人員相比，患有創(chuàng)傷后應激障礙的戰(zhàn)斗退伍軍人對創(chuàng)傷相關聲音表現出顯著的激活作用，這種增加的神經激活大約位于右側內側上前額葉皮質（Brodmann區(qū)域9/10），這一區(qū)域與經歷消極或威脅性刺激和情緒脫離有關[27]。可見前額葉系統(tǒng)對恐懼、焦慮、情緒偏向等控制的可能機制在于連接，創(chuàng)傷后應激障礙患者處理情緒問題的表現下降很可能是因為左右腦與杏仁核等的連接功能紊亂，進而導致對負面情緒的持續(xù)關注甚至放大，造成負性情緒體驗并出現相應癥狀。腦電靜息態(tài)功能連接的部分研究也證明了這種觀點。

研究表明，創(chuàng)傷相關線索有一種特殊的神經生理學反應，可能為戰(zhàn)斗相關創(chuàng)傷后應激障礙提供特異的神經信號，如左、右前額葉皮質特定區(qū)域的氧合血紅蛋白水平。這樣的反應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)測治療結果[27]。

2.2 記憶相關的fNIRS研究 Tian等人采用多通道功能近紅外光譜技術對前、后廣度任務記憶時前額葉皮層血流動力學的激活進行了測量，采用事件相關實驗設計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，負性記憶與中性（即與創(chuàng)傷無關）記憶所引起的左右半球活動存在差異，而對照組則沒有。根據半球情緒配價（Hemispheric emotional valence，HEV）模型，右側額葉皮質更多地與負面情緒的加工有關，而左側額葉皮質更多地與積極情緒和中性情緒的加工有關。健康對照組在編碼和提取過程中顯示出強大的血流動力學激活，而患有PTSD的退伍軍人在編碼過程中被發(fā)現有激活，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前額葉皮質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過程中背外側前額葉神經活動的主動抑制有關[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果。

3 小 結

前額葉及相關網絡作為人腦認知功能的重要區(qū)域，其神經信號的神經生理學和fNIRS測量研究為我們提示了創(chuàng)傷后人群神經信號特點的重要線索。鑒于RDoC項目的觀點，以上基于EEG和fNIRS方法的神經信號研究經過廣大學者論證，可以在一定程度上作為創(chuàng)傷后人群的生物標記，有可能用作指導個體更好的治療選擇。不難發(fā)現，以上指標在大腦機制方面存在許多共同基礎，二者的聯(lián)合檢測或許比單獨檢測可以發(fā)現更多信息。未來還需要更多研究探尋各信號背后的關聯(lián)，為PTSD的預防治療提供新視角。