创伤后人群脑电和功能近红外光谱方法检测神经信号的研究进展

刘钰瑞，黄燕琳，张馨予，陈立军，于利人

创伤后人群作为患创伤后应激障碍（Post-traumatic Stress Disorder，PTSD）的高风险人群，其神经信号的变化可以从一定程度上为其症状表现变化提供依据。神经影像学研究如功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）等研究表明，PTSD患者出现症状的神经基础包括前额叶皮质（Prefrontal Cortex，PFC）[1]、前扣带回（Anterior Cingulate Cortex，ACC）[2]、皮质额回、岛叶[3]等，大脑神经网络如默认模式网络（Default Mode Network，DMN）[4]、控制网络（Central-Executive Network，CEN）[5]等，在应对刺激、执行、决策、注意、工作记忆[6]、抑制控制等方面发挥重要作用。寻找创伤后人群特异的神经信号对预警创伤相关障碍发生十分重要。

美国精神病学会在2013-05出版了《精神疾病诊断与统计手册》第5版（DSM-5）。DSM-5将PTSD的核心症状修改为4组：侵入性症状、回避性症状、认知和心境的消极变化以及警觉性和反应性的变化[7]。然而，PTSD患者表现出的这些行为变化并非一蹴而就，可能经历了一个达到诊断标准之前的漫长的过渡阶段，甚至伴随着大脑结构的逐步变化。基于这一观点，学界开发了研究领域标准（Research Domain Criteria，RDoC）项目，以创建病理生理学研究议程，为基于经验数据的大脑疾病分类提供框架[8]。与传统的诊断系统（如DSM）不同，RDoC在其方法上是明确的维度：研究项目中检查的生物和临床变量可以在从正常到异常的范围内进行测量[9]。

鉴于RDoC项目，有必要更好地理解创伤后应激障碍的病理生理学和确定可能的创伤后应激的神经信号，最终有助于尽早发现创伤后应激障碍，从而对创伤后人群进行早期干预，并可能改善总体预后。特别是识别与创伤后应激症状（Post-traumatic stress symptoms，PTSS）严重程度相关的神经生理信号有可能指导这些个体更好的治疗选择[10]。

1 EEG检测创伤后人群的神经信号

1.1 事件相关电 位（Event-related potential，ERPs）研究 基于听觉ERPs的发现揭示了P2反应和PTSS之间的显著关联。Metzger等人调查了越战男性退伍军人在四声刺激强度调制过程中的P2反应[11]。对PTSD和非PTSD但创伤暴露的退伍军人进行Pearson相关分析，发现P2斜率与PTSS严重程度呈正相关，与再体验症状正相关[11]。Wessa等人的视觉ERP研究发现，在对事故相关图像的反应中，P200与回避和麻木症状负相关[12]，回避让人想起创伤的想法、感觉、活动或人是创伤后应激障碍的显著症状。也许创伤后应激障碍患者在接受刺激时表现出右侧内侧上PFC的激活增加，这是因为试图在情绪上分离和降低唤醒，由此表明，回避和麻木策略的程度与P200对创伤相关内容的反应有关。

另一个与检测创伤后应激障碍特别相关的ERP成分是晚期正电位（Late Positive Potential，LPP）。LPP是一种中央-顶叶正向ERP成分，在刺激开始后约400 ms出现，对于情绪（如威胁性）刺激比中性刺激更大。具体地说，LPP被认为是一种跟踪情绪刺激引起的注意力的方法。MacNamara等人在一项将面部匹配范式应用于男性战斗退伍军人的研究中发现，对可怖面孔反应的LPP与侵入性症状负相关[13]。与Wessa等人发现对创伤相关图像的反应的LPP与回避和麻木症状之间存在负相关一致[12]。Julia等人发现，LPP与愤怒面孔和威斯康星卡片分类测验持续性错误之间有显著的交互作用。这种相互作用提供了对认知和情绪共同作用于创伤后应激障碍的途径的洞察。在有更严重的持续性错误（即执行功能较差）的退伍军人中，相对增强的对愤怒面孔的反应预测了更大的创伤后应激障碍症状。相反，在持续性错误较低的退伍军人中（即，更好的执行功能），对愤怒表情的反应降低也预示着PTSD症状的加重。这些结果表明，这两个生物标志物提供了对PTSD的洞察，这可能比单独的任何一个指标都更有效[14-15]。

P300也是组成LPP集群的ERP组件之一。P300被描述为在处理刺激情境以及注意力和唤醒水平方面发挥作用。更具体地说，P300家族是由相互作用的子成分P3a和P3b组成的，P3a起源于额叶分布，以反映任务处理过程中刺激驱动的注意力或工作记忆，而P3b则来源于颞顶叶分布，以反映与记忆更新过程相关的注意，并与之相关用于将来的内存处理[16]。Kimura等人调查了居住在日本大地震震中周边地区的PTSS学生，报告了P300和警觉症状的正相关[17]。

1.2 频谱分析 Wahbeh和Oken发现峰值α频率与PTSS严重程度之间存在直接关系[18]；Nunez等人发现较低的峰值α频率与放松相关[16]，因此较高的峰值α频率可以反映紧张程度；Kemp等人观察静息态α不对称，发现右额叶活动增加与更严重的PTSS相关[19]；Meyer等人研究表明，额叶不对称的状态依赖性变化可以作为创伤后应激障碍症状的神经信号，并最终可用于诊断目的或作为神经调节干预的靶点[20]。

1.3 静息态功能连接（Function Connectivity，FC） 研究表明，PTSD患者β、γ能带额中央电极的节点度（Dnodal）、节点效率（Enodal）较健康对照组明显降低，β和γ谱带的Dnodal分别与抑郁症状和觉醒症状显著相关[21]。β和γ能带的Enodal与再体验、警觉性增强、PTSD症状的严重程度和出现频率显著相关[22]。即PTSD患者静息状态FC降低，且FC值与PTSD症状严重程度显著相关，静息态FC可能是PTSD的一个有用的神经信号[23]。此外，Rahmani等人研究表明通道F3可作为动态Hurst指数诊断PTSD和健康人的有用通道。F3位于大脑的额区，与情绪识别任务有关，它还涉及到判断、计划和持续关注的任务[24]。

运用EEG方法检测PTSD的核心症状均发现有相关的神经生物标志，其信号交流不可能是孤立的，如奖赏回路等通过神经递质传递信息的通路可能承担着与杏仁核等认知情绪调节区域联络的功能，单纯的EEG分析可能并不全面，还需要结合神经影像学结果进一步分析。

2 fNIRS检测创伤后人群的神经信号

2.1 情绪相关的fNIRS研究 Yennu等人研究发现，在执行Stroop任务时，健康对照组显示外侧前额叶皮质区域的血流动力学激活，尤其是左侧背外侧前额叶和左侧穹窿部，而患有PTSD的退伍军人在相同的Stroop任务中未能激活这些皮层区域。这些观察结果可能暗示PTSD受试者在应对Stroop干扰方面遇到困难。此外，在颜色词匹配任务中，任务反应时间与左侧背外侧前额叶皮质的氧合血红蛋白反应呈显著负相关[25]。

对Stroop任务的处理能力下降可能指向这些患者的情绪处理功能失常，研究表明，额叶大脑不对称与基本情绪维度的差异有关，特别是在回避-退缩行为的系统激活方面。研究表明，右侧额叶的氧合血红蛋白水平与焦虑或增强的负面情绪相关[26]，Gramlich等人研究显示，与非军事人员相比，患有创伤后应激障碍的战斗退伍军人对创伤相关声音表现出显著的激活作用，这种增加的神经激活大约位于右侧内侧上前额叶皮质（Brodmann区域9/10），这一区域与经历消极或威胁性刺激和情绪脱离有关[27]。可见前额叶系统对恐惧、焦虑、情绪偏向等控制的可能机制在于连接，创伤后应激障碍患者处理情绪问题的表现下降很可能是因为左右脑与杏仁核等的连接功能紊乱，进而导致对负面情绪的持续关注甚至放大，造成负性情绪体验并出现相应症状。脑电静息态功能连接的部分研究也证明了这种观点。

研究表明，创伤相关线索有一种特殊的神经生理学反应，可能为战斗相关创伤后应激障碍提供特异的神经信号，如左、右前额叶皮质特定区域的氧合血红蛋白水平。这样的反应可以比单纯的诊断评估提供更高的有效性，并有助于规划和监测治疗结果[27]。

2.2 记忆相关的fNIRS研究 Tian等人采用多通道功能近红外光谱技术对前、后广度任务记忆时前额叶皮层血流动力学的激活进行了测量，采用事件相关实验设计分离工作记忆的编码、维持和提取的不同阶段。在有创伤病史的患者中，负性记忆与中性（即与创伤无关）记忆所引起的左右半球活动存在差异，而对照组则没有。根据半球情绪配价（Hemispheric emotional valence，HEV）模型，右侧额叶皮质更多地与负面情绪的加工有关，而左侧额叶皮质更多地与积极情绪和中性情绪的加工有关。健康对照组在编码和提取过程中显示出强大的血流动力学激活，而患有PTSD的退伍军人在编码过程中被发现有激活，但在提取过程中却有明显的失活。PTSD参与者似乎在记忆提取过程中抑制了前额叶的活动。这种失活对于右背外侧前额叶皮质在提取阶段更为明显。PTSD患者的这些失活可能与工作记忆恢复过程中背外侧前额叶神经活动的主动抑制有关[28]，并且前额叶的“失活”可能是编码和维持阶段的激活和提取阶段的失活的综合结果。

3 小 结

前额叶及相关网络作为人脑认知功能的重要区域，其神经信号的神经生理学和fNIRS测量研究为我们提示了创伤后人群神经信号特点的重要线索。鉴于RDoC项目的观点，以上基于EEG和fNIRS方法的神经信号研究经过广大学者论证，可以在一定程度上作为创伤后人群的生物标记，有可能用作指导个体更好的治疗选择。不难发现，以上指标在大脑机制方面存在许多共同基础，二者的联合检测或许比单独检测可以发现更多信息。未来还需要更多研究探寻各信号背后的关联，为PTSD的预防治疗提供新视角。