情緒任務在情感障礙中的近紅外腦功能成像研究進展☆

郭燦 楊春霞 孫寧

情感障礙（affective disorder）是常見精神疾病，主要包括抑郁障礙和雙相障礙（bipolar disorder，BD）等心境障礙。目前研究顯示，我國成人抑郁障礙終身患病率高達6.8%，BD的終身患病率0.6%，同時，情感障礙具有易復發、高自殺率和高疾病負擔等特點[1-4]，其病因機制尚不明確[5-6]。目前臨床對情感障礙的診治仍缺乏客觀準確的標志物。功能性近紅外光譜成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）作為臨床檢測的新興技術，為探索精神障礙腦功能差異提供了定量測量、診斷治療的工具，具有較好的應用前景[7-8]。既往基于fNIRS開展的情緒相關研究，范式上多傾向于探索在言語流暢性任務下腦皮質的激活，在情緒任務方面的研究甚少。情緒任務通過呈現情緒信息或刺激，引起被試的主觀感受，采用不同評價指標反映注意偏向和認知功能，是研究情感障礙的重點任務范式。因此，本文綜述基于情緒任務下fNIRS 技術對抑郁障礙和BD 領域的研究，探究執行情緒任務時大腦皮質激活情況，分析任務中的血流動力學特征在情感障礙診斷、治療及評估等方面的實踐價值。

1 fNIRS概述

fNIRS 是基于光源的技術，在受檢者頭部表面發射波長范圍為700～900 nm 的近紅外光來探測腦皮質的血流反應。根據朗伯-比爾定律可以測量血紅蛋白相對濃度變化[9-10]，得到各腦區的活動信息。由于fNIRS具有無創傷、可重復測量、適用于自然情景以及時間分辨率較高等優勢，可運用于抑郁障礙和BD 的輔助診斷、認知功能評估以及治療預測等方面，已成為情感障礙領域不可或缺的定量評估平臺。

2 情感障礙領域基于情緒任務的fNIRS研究

情緒信息對大腦認知功能的調節是研究情感障礙的重點問題之一，目前研究中以情緒為主的任務范式有面部情緒識別任務（facial emotion recognition task，EFRT）、情緒stroop 任務（emotional stroop effect，ESE）、面部情緒性別判斷任務、情緒自傳體任務、圖像回憶任務、情感圖片任務、負面情緒圖片描述任務和情緒GO/NOGO 任務等。本文歸納了3種具有代表性的情緒任務：面部情緒識別任務、情緒stroop任務及情緒誘導任務。這3 種情緒任務分別測量被試對人類面孔情緒的識別能力、對物體的情緒注意偏向以及在各情緒狀態下的心理行為表現，fNIRS則在此基礎上研究情緒功能和大腦激活模式。表1 總結了3 種任務范式，表2 對情緒任務應用于情感障礙的fNIRS研究進行了整理。

Tab.2 fNIRS studies on emotional disorders based on emotional tasks表2 基于情緒任務應用于情感障礙的fNIRS研究

2.1 面部情緒識別任務面部情緒識別任務通過識別面部表情來理解他人的情感表達，反映被試對情緒面孔的感知、注意和反應能力。行為和神經心理學研究表明，情感障礙患者在情緒面部處理方面存在識別障礙和標記錯誤[11-14]。目前較為一致的結果認為，與健康被試相比，抑郁障礙患者在識別面部情緒時，反應時間較長且準確性普遍較差，相比中性情緒面孔，抑郁障礙患者在識別負性情緒面孔時正確率更高，反映出患者對負性刺激的注意偏向以及對中性表情的識別能力受損[15-18]。

對面部情緒識別任務期間的大腦皮質血流量進行fNIRS 檢測，可得到相應的血紅蛋白水平變化。在診斷方面，ZHANG 等[15]納入35 例重性抑郁障礙（major depressive disorder，MDD）患者和39 名健康對照，MANELIS 等[16]選擇51 例抑郁患者和36 名健康對照，都以中性面孔刺激為基線，檢測快樂面孔和恐懼面孔刺激條件下氧合血紅蛋白（oxyhemoglobin，oxy-Hb）濃度的變化和前額葉皮質（prefrontal cortex，PFC）的激活情況，結果發現抑郁障礙患者在區分中性和其他面部表情的障礙與情緒加工時背外側前額葉皮質（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）激活異常減少有關。在抑郁程度的識別中，有研究選取27 例抑郁患者和24名正常對照探討抑郁障礙面部情緒識別任務期間前額葉皮質的血流動力學變化，結果指出MDD 患者在面部情緒識別過程中左側PFC 的活性以及雙側oxy-Hb 之間的平均交叉小波系數和平均小波相干系數均顯著低于HC 組[17]。這些研究的結果提示MDD 患者左側PFC 激活異常，雙側PFC 之間存在功能連接障礙，前額葉皮質的血流動力學變化可能是抑郁障礙診斷性生物標志物研究的進一步方向。

另外，在治療機制研究和效果評估領域，SEGAR 等[19]使用藥物干預，納入14 例首次躁狂發作（first episode mania，FEM）緩解期患者（BD 組）、14 例BD 患者的健康同胞（HR組）和13 名健康被試（HC 組）發現，與HC 組和BD 組相比，HR組在觀察情緒面孔時表現出更高程度地DLPFC激活，而BD 組卻沒有表現出過度激活。前者的過度激活可能提示在面部情緒識別任務中，使用fNIRS觀察到的前額葉激活模式可作為BD 的一個風險標志，但需要在更大樣本中進一步研究和評估。后者BD 組結果的可能原因是此項研究中BD組由疾病前期、緩解期以及接受藥物治療的患者組成，導致了相對于HR 組的激活正常化。綜上，患者在任務期間PFC表現出異常的大腦功能損傷，面部情緒識別任務可用于探究情感障礙的情緒處理過程。除此之外，情緒任務配合藥物治療可能更能體現藥物對大腦激活模式的影響[20-22]。在藥物治療過程中使用fNIRS 檢測血氧信號變化或許可以優化患者的臨床治療方案。

2.2 情緒stroop 任務stroop 效應的原理主要涉及大腦對各種信息的整合和處理，當大腦接收到兩種相互沖突的信息時，處理過程受到干擾，導致反應時和錯誤率增加。情緒stroop 任務是經典stroop 效應的變式，反映了刺激中的情緒信息對非情緒信息的影響[23]，在研究情緒障礙患者認知功能和注意偏向中應用較為廣泛，是目前stroop任務研究的重要領域。

在情感障礙的診斷中，MATSUBARA 等[24]研究指出情感障礙患者在情緒stroop 任務中的反應時和正確率比健康對照差，但MDD 與BD 患者在正確率上沒有顯著差異。NISHIZAWA 等[25]納入14例MDD患者和20名正常被試進行情緒單詞的stroop研究，結果顯示在負性詞條件下，與HC組相比，MDD 患者左側額葉區域的oxy-Hb 顯著增加，而在正性刺激下兩組的oxy-Hb 濃度沒有顯著差異，左上額葉皮質相關的誘發波與抑郁的嚴重程度呈負相關。該結果提示左上額葉皮質可能是反映抑郁癥狀嚴重程度的一個潛在位置。此外，另一項色詞測驗對比了16 例具有雙相障礙風險者（at risk for bipolar disorder，BIP）與46 名健康被試的額葉腦活動，發現BIP 組左側DLPFC 的活性較低，額顳葉（frontotemporal，FTL）中的oxy-Hb 水平也顯著降低[26]。一些結果共同表明情感障礙患者在執行情緒任務時會出現前額葉皮質激活減少[16-17,26-28]。但這與部分神經影像學研究結果有些矛盾。例如，有研究發現BD 和MDD 患者在消極任務下表現出左側額中區、額下區的激活增加[24]。這種不一致的原因可能是任務范式（如使用觀看任務、面孔匹配或性別判斷任務等）存在差異。此外，近年meta分析顯示不同刺激材料影響自上而下的情緒調控，負性單詞可能對額葉的激活更活躍，負性圖片則可能更易激活杏仁核[29]。

在鑒別抑郁障礙患者和健康對照的研究中，MATSUBARA等[30]選取18 例BD 患者和27 例MDD 患者，評估患者在認知和情緒任務中大腦活動的變化。發現在認知任務期間患者的大腦活動較少，而在情緒任務期間，與HC相比，情感障礙患者的額顳葉激活更為明顯，在區分患者和健康對照的ROC 分析中發現，認知任務和快樂詞任務中的額極激活與MDD 顯著相關。這些發現表明，在認知任務和快樂詞任務中比較大腦激活的差異或許可以幫助區分抑郁障礙患者和HC。在部分基于情緒色詞stroop 測驗所得出的結果中，刺激材料不同是否會影響不同區域的激活，雙任務能否作為鑒別抑郁障礙和健康對照的有效手段，未來仍需要進一步的大樣本研究來驗證。

2.3 情緒誘導任務情緒誘導任務是通過給被試呈現情緒材料來引起被試處于一種較長時間的情緒狀態，從而影響之后的認知活動/任務反應的范式（如圖像回憶任務、情感圖片任務、圖片描述任務以及情緒自傳性記憶任務等），具有強烈的自我參照性。

在情感障礙的特征識別方面，YANG 等[31]評估50 例MDD 患者在4 項組合任務中的腦血流動力學特征，其中包括情感圖片任務（emotional picture tasks，EPT）和負面情緒圖片描述任務（negative emotional picture description task，NEPDT）。結果發現，MDD 患者和對照組表現出完全相反的左右額葉不對稱特征，組合任務下患者和對照之間的差異比單個任務下更為顯著。在單個任務中，NEPDT 期間，MDD 患者血流動力學變化差異更大，敏感性更高。而在EPT期間，MDD與HC無顯著差異。同時該研究還比較了兩組被試在不同任務下雙側額葉oxy-Hb 濃度的箱線圖，發現在NEPDT 中的額葉不對稱差異最大。這可能提示該任務更適合作為對雙側額葉進行不同程度激活的誘發任務。此外，針對46例BD患者和45名HC進行的研究表明，與HC相比，在觀看令人愉快的圖片時，BD 患者雙側DLPFC 的血流動力學變化較少，而在觀看不愉快的圖片時，BD 患者左側腹外側前額皮質（ventrolateral prefrontal cortex，VLPFC）的血流動力學變化較為強烈[32]。這一結果與MATSUBARA 等[24]利用情緒stroop范式研究的結果相一致，這表明情緒刺激的神經反應可能是BD 患者情緒處理改變的一個特征標記，與采用特定的情緒任務無關。

另外，在對比情感障礙癥狀對大腦激活差異的研究中也有一些發現。ZHENG 等[33]使用情緒自傳記憶任務，研究17 例有自殺意念和34 例無自殺意念抑郁障礙患者的額葉激活差異，在負面情緒下，無自殺意念抑郁組左側DLPFC的激活率高于HC組。而在積極情緒下，有自殺意念抑郁組患者右側DLPFC 的激活率低于HC 組。這表明有自殺意念抑郁障礙患者的右側DLPFC 在情緒處理上存在一定缺陷，而無自殺意念的抑郁患者可能在左側DLPFC中存在資源補償機制，DLPFC 異常可能局限于左半球。不僅如此，該研究與ZHANG 等[34]使用相同任務探索128 例焦慮和92 例抑郁大學生雙側DLPFC異常激活的神經活動特征結果一致。盡管這兩項研究與部分在抑郁障礙患者中發現左側DLPFC低激活的結果相悖，與一部分使用言語流暢性任務或心算任務的fNIRS研究結果也相反，但這些文獻在關于抑郁障礙患者的選擇性注意力、執行功能和情緒處理等領域表現出認知功能缺陷的結果都一致。情緒誘導任務不僅可以探索患者的神經活動，而且在改善患者癥狀和認知功能方面也有實際作用。KONDO 等[35]對25例MDD患者和25名與之匹配的健康對照進行研究得出，在不愉快的圖像回憶任務中，MDD患者漢密爾頓量表總分與左額葉區oxy-Hb濃度波動之間呈顯著負相關，這一結果指出抑郁障礙患者的額葉功能損傷可能與狀態依賴的標志物有關，通過fNIRS測量的圖像回憶任務可能是理解MDD患者額葉功能下降的一個有效方法。綜上，通過fNIRS 對患者的額葉功能障礙進行探測，可能為認知、情緒和自殺意念的臨床評估提供潛在的生物標志物線索。在任務設計和組合使用上，要注意不同任務的使用條件，對任務進行詳細的分析和比較，利用氧合血紅蛋白積分值來說明不同任務期間MDD的血流動力學變化。未來研究可加入隨時間推移的腦疲勞模式及其對血流動力學分析的影響。此外，抑郁障礙患者的癥狀表現也許會影響DLPFC的處理，這對未來抑郁障礙的診斷和分類具有參考價值。

3 總結與展望

綜上所述，fNIRS 作為一種新興的神經影像學工具，為探索情感障礙的認知功能和情緒處理方面提供了客觀的量化指標和技術支持。各項情緒任務共同表明，通過fNIRS觀察到的左側前額葉和雙側前額葉皮質之間的血流動力學變化可以作為評估情感障礙患者認知、情緒功能的有效工具，情緒任務與fNIRS 信號檢測相結合或許可以進一步揭示情感障礙患者不同的病理生理機制。

然而，fNIRS 在情感障礙領域的研究仍存在一些局限性，許多問題亟待解決。首先，在相關研究中，fNIRS技術由于對大腦的穿透力有限，無法檢測皮質下參與情緒處理的杏仁核和前扣帶回等深層區域。未來需要與其他神經影像學工具如fMRI 等相結合來彌補fNIRS 的不足，從不同維度探索患者腦功能改變。其次，fNIRS在情感障礙領域的研究還不成熟，部分研究存在樣本量較小、藥物具有潛在的混雜效應等問題，可能導致結果之間相互矛盾，降低了結果的普適性。未來應該在擴大樣本量、完善變量數據、個體同質化等方面深入分析，進一步支持相關的研究結果。最后，在情感障礙患者的情緒性問題上，很難確定研究中觀察到大腦的異常激活模式是否與其情緒狀態或特征有關，且情緒任務中患者對刺激的感受也缺少客觀的評判標準。未來研究可以將刺激材料的情緒效價納入評估，采用臨床干預的縱向隊列研究，還可針對患者情緒狀態變化如何影響面部表情的識別能力，以及這些變化如何影響PFC 的激活模式展開研究，以進一步闡明情緒處理過程中的神經機制。