創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）的功能連接神經(jīng)生物標(biāo)記

腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)（VAN）的靜息態(tài)功能連接異常可用來預(yù)測(cè)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）患者的心理治療不良反應(yīng)，對(duì)VAN相關(guān)腦區(qū)直接進(jìn)行經(jīng)顱磁刺激可改變其內(nèi)部信號(hào)流動(dòng)。該研究由斯坦福大學(xué)的Amit Etkin等人發(fā)表在最近的SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE期刊上。

關(guān)鍵詞：功能連接創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(VAN) 經(jīng)顱磁刺激腦電

文獻(xiàn)導(dǎo)讀：

對(duì)精神疾病病理學(xué)機(jī)制的理解一直受到生物學(xué)、癥狀和主觀診斷的廣泛異質(zhì)性的阻礙。因此，找到特異的神經(jīng)生物學(xué)指標(biāo)對(duì)于提升研究者以及醫(yī)生對(duì)精神疾病病理學(xué)的機(jī)制理解是重要的。靜息態(tài)fMRI已經(jīng)逐漸成為一種穩(wěn)定的功能網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)探測(cè)手段，但是這種方法受到被試數(shù)量、采集參數(shù)、采集地點(diǎn)、病人類型等影響，在實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性上長期存在一定爭議。同時(shí)，靜息態(tài)fMRI大尺度網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)信號(hào)的流動(dòng)及其生理意義仍難以解釋。

因此，在使用靜息態(tài)功能連接作為可測(cè)量的神經(jīng)生理標(biāo)記的相關(guān)研究中，對(duì)以上問題的合理解決越來越成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。在同一研究中，進(jìn)行重復(fù)性的研究可以解決第一個(gè)問題，而使用spTMS/EEG刺激靶向皮層區(qū)域，可以評(píng)估受刺激區(qū)域?qū)ο虏繀^(qū)域的定向影響，觀察神經(jīng)信息的流動(dòng)狀況，這樣就可以解決第二個(gè)問題。

來自斯坦福大學(xué)的研究者在SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE雜志發(fā)文，對(duì)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)患者信息處理障礙的個(gè)體差異是否可以揭示該疾病的表型這一問題進(jìn)行了詳細(xì)且系統(tǒng)的探究。

作者發(fā)現(xiàn)，在單詞列表學(xué)習(xí)任務(wù)中，來自兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)患者的一個(gè)亞組表現(xiàn)出腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(VAN)內(nèi)異常的功能連接和受損的言語記憶。這種合并表型與其癥狀或者共存病的差異無關(guān)，但仍可用于預(yù)測(cè)心理治療的不良反應(yīng)，而心理治療是PTSD的最佳有效治療方法。利用同步局灶性非侵入性經(jīng)顱磁刺激（利用了spTMS）和腦電圖，作者確定了VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)流動(dòng)的變化是由對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的直接刺激引起的。這些改變與VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能連接的個(gè)體差異有關(guān)。作者的研究結(jié)果在一組創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者中定義了特定的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，這些機(jī)制可能導(dǎo)致心理治療的不良反應(yīng)。

研究背景：

極端的壓力可以產(chǎn)生長期的有害影響，是人類眾多精神病理學(xué)表現(xiàn)的誘因。其中最嚴(yán)重的是創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)，這是一種常見的慢性致殘精神疾病，其病理生理學(xué)既復(fù)雜又不為人所知。創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，像所有的精神疾病一樣，目前診斷的基礎(chǔ)是不同組合的臨床癥狀。由于這種基于癥狀的診斷框架，創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙綜合征包含廣泛的臨床異質(zhì)性，涵蓋數(shù)十萬種不同的癥狀組合。

此外，盡管對(duì)PTSD患者的大腦、行為和生理特征進(jìn)行了多年的開創(chuàng)性研究，在某種程度上，我們?nèi)匀蝗狈⑴R床變異統(tǒng)一劃分為廣泛的PTSD臨床綜合征的生物學(xué)指標(biāo)，由于缺乏這種標(biāo)志物，導(dǎo)致我們對(duì)于理解疾病表達(dá)和醫(yī)生的臨床相關(guān)性都缺乏機(jī)械性理解。確定這樣的生物標(biāo)記可以為有針對(duì)性地治療選擇和新療法的開發(fā)提供基礎(chǔ)，就像在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域所取得的成就一樣。

作者的研究方法基于這樣一個(gè)前提，即大腦信息處理的基礎(chǔ)認(rèn)知功能的破壞構(gòu)成了PTSD各方面形成的基礎(chǔ)。例如，創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)者的陳述性記憶受損(最明顯的表現(xiàn)為語言學(xué)習(xí)和記憶功能的受損)，可能會(huì)因PTSD的創(chuàng)傷而導(dǎo)致情感記憶的受損，并且還會(huì)影響其治療結(jié)果。記憶侵入是典型的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥狀，而記憶是基于證據(jù)的治療的主要目標(biāo)，主要使用暴露于創(chuàng)傷性記憶的治療（即暴露療法），以便對(duì)其進(jìn)行控制。同樣，注意力和高級(jí)執(zhí)行功能的損傷可能會(huì)導(dǎo)致難以從與創(chuàng)傷相關(guān)的刺激中解脫出來，無法專注于手頭的任務(wù)（作者在這里已經(jīng)提出了相關(guān)的行為學(xué)表型）。此外，考慮到與健康個(gè)體相比，只有部分PTSD患者表現(xiàn)出認(rèn)知障礙，相關(guān)的神經(jīng)異?？赡芤仓辉诓糠只颊咧忻黠@。因此，認(rèn)知缺陷可能通過提供一個(gè)機(jī)會(huì)，將大腦核心過程的功能障礙與信息處理系統(tǒng)的神經(jīng)生物學(xué)聯(lián)系起來，并由此解釋癥狀或治療結(jié)果的異質(zhì)性，從而使我們了解創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙異質(zhì)性的臨床意義。

在神經(jīng)層面上，分布在大腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和之間的廣泛互動(dòng)被充分證明是認(rèn)知過程的基礎(chǔ)。認(rèn)知能力的個(gè)體差異又與個(gè)體在額頂葉、默認(rèn)模式、背側(cè)注意和腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)的連接有關(guān)，即使在健康個(gè)體處于無任務(wù)休息狀態(tài)的情況下也是如此。創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的神經(jīng)成像研究也發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者的這些大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，靜息狀態(tài)fMRI連接異常。因此，檢查認(rèn)知缺陷和相關(guān)的靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)交互可能有助于客觀地定義創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙更大臨床綜合征的臨床相關(guān)表型。這將進(jìn)一步奠定生物學(xué)機(jī)制中臨床異質(zhì)性的基礎(chǔ)。

靜息狀態(tài)連通性一直是生物標(biāo)志物相關(guān)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為靜息態(tài)fMRI連通性的異常反映了大腦不同區(qū)域之間相互作用的變化。然而，由于傳統(tǒng)神經(jīng)影像學(xué)在因果推理方面的局限性，在患者網(wǎng)絡(luò)交互中已確定的異常(基于靜息態(tài)fMRI)與受影響的神經(jīng)信號(hào)流機(jī)制的組成部分之間的關(guān)系仍在很大程度上是未知的。

這一知識(shí)不僅對(duì)理解靜息態(tài)fMRI連接的意義很重要，而且對(duì)推動(dòng)從描述性方法到精神疾病基于回路的機(jī)械性方法的轉(zhuǎn)變也很重要，后者還可以直接指導(dǎo)迫切需求的新干預(yù)措施。解決這一挑戰(zhàn)的一種方法是直接和非侵入性地使用單脈沖經(jīng)顱磁刺激(spTMS)刺激皮質(zhì)區(qū)域，同時(shí)用腦電圖(EEG)記錄隨后的大腦活動(dòng)，從而在神經(jīng)時(shí)間尺度上對(duì)刺激誘發(fā)的神經(jīng)信號(hào)流進(jìn)行觀察。

每個(gè)TMS脈沖都會(huì)產(chǎn)生一系列的腦電反應(yīng)。早期的鎖相電位(例如，在30毫秒時(shí))可能反映被喚起的興奮性活動(dòng)，而后期電位(大約50到400毫秒)可能反映在幾百毫秒內(nèi)對(duì)刺激的緩慢抑制反彈。振蕩功率的變化可以比鎖相電位的持續(xù)時(shí)間長，這也涉及抑制過程。

因此，通過同時(shí)使用spTMS/EEG刺激不同的皮質(zhì)區(qū)域，可以將刺激對(duì)信號(hào)流動(dòng)的影響與功能磁共振成像連接的差異聯(lián)系起來，從而將我們對(duì)功能磁共振成像連接的理解建立在使用非侵入性神經(jīng)刺激的更具體的神經(jīng)生理機(jī)制上。因此，同步spTMS/EEG不僅提供了一個(gè)了解直接刺激誘發(fā)的神經(jīng)信號(hào)流如何與功能連接相關(guān)聯(lián)的機(jī)會(huì)，而且還建立了腦定位和神經(jīng)生理信號(hào)，這些信號(hào)反過來又可能通過基于可塑性引導(dǎo)的重復(fù)TMS用于康復(fù)治療。在這里，作者通過以下途徑研究了更廣泛的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙臨床綜合征中潛在的生物學(xué)異質(zhì)性：

（1）確定基本認(rèn)知功能缺陷與認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)靜息狀態(tài)fMRI連接異常之間的關(guān)系。

（2）測(cè)試通過認(rèn)知和網(wǎng)絡(luò)連接定義的表型是否可以在不同的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和臨床PTSD人群中推廣。

（3）研究這些表型與癥狀表達(dá)的個(gè)體差異以及從基于證據(jù)的治療中獲益的能力的個(gè)體差異之間的關(guān)系，來描述這些表型的臨床相關(guān)性。

（4）同時(shí)使用spTMS/EEG觀察神經(jīng)刺激誘發(fā)的神經(jīng)信號(hào)流的變化。

方法：

研究設(shè)計(jì)：作者的研究包括橫向和縱向臨床試驗(yàn)部分。在橫向分析中，研究了兩組獨(dú)立的PTSD患者和健康參與者。并研究了認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)受損與fMRI連接的關(guān)系。研究1中的患者還被隨機(jī)分配到長期暴露心理治療組或等待名單比較組，這樣能夠檢查不同任務(wù)表現(xiàn)和患者之間fMRI連接的臨床相關(guān)性。研究2包括腦電圖測(cè)量，同時(shí)單脈沖TMS刺激VAN或FPCN區(qū)域。這使作者能夠確定在直接刺激大腦網(wǎng)絡(luò)時(shí)，靜息狀態(tài)fMRI連接變化中的個(gè)體差異與神經(jīng)信號(hào)流之間的關(guān)系，從而對(duì)臨床相關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接差異有更深入的機(jī)制理解。

研究1包括112名主要為普通市民的參與者(36名受創(chuàng)傷的健康對(duì)照者和76名PTSD患者)，他們接受了臨床、fMRI和行為評(píng)估。在這些患者中，66人進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，將長期接觸心理治療與不延遲干預(yù)進(jìn)行比較。長期暴露心理治療方案遵循描述良好的程序，并由該領(lǐng)域的專家監(jiān)督。

圖1.a study1 研究路線示意圖

圖1.b study1 隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的分組流程

研究2包括245名伊拉克/阿富汗戰(zhàn)爭時(shí)期的退伍軍人(117名受創(chuàng)傷的健康退伍軍人和128名有創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的退伍軍人)。這些參與者接受了與研究1相同的評(píng)估。此外，他們同時(shí)接受腦電記錄和單脈沖TMS刺激，以探測(cè)直接無創(chuàng)刺激后的神經(jīng)興奮性。研究2的參與者沒有接受研究提供的治療(如研究1中的長期暴露心理治療)。兩項(xiàng)研究都得到了相關(guān)機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有參與者都提供了書面知情同意書。

圖2. study2 研究路線圖

這些行為評(píng)估是通過一組計(jì)算機(jī)化的神經(jīng)認(rèn)知測(cè)試來進(jìn)行的，測(cè)試內(nèi)容包括語言記憶、注意力、工作記憶和反應(yīng)抑制。這里使用的關(guān)鍵語言記憶測(cè)試包括學(xué)習(xí)單詞列表，然后是延遲記憶測(cè)試。fMRI包括一個(gè)8分鐘靜息狀態(tài)fMRI掃描，在斯坦福大學(xué)使用GE-3T磁共振(研究1和研究2)，紐約大學(xué)使用西門子Skyra 3T掃描儀（研究2）。預(yù)處理和連通性評(píng)估遵循傳統(tǒng)程序。

核磁數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理：

研究一的所有核磁數(shù)據(jù)采集在斯坦福大學(xué)完成，采用T2加權(quán)EPI成像序列采集靜息態(tài)功能像，TR：2000 ms;TE：30 ms;翻轉(zhuǎn)角度：80度;視野：22cm*22cm;矩陣的大小,64 x64，層厚：4mm，層數(shù)：29層。

使用T1加權(quán)成像采集結(jié)構(gòu)像，冠狀位采集，反轉(zhuǎn)時(shí)間= 300 ms, TR = 8 ms, TE = 3.6 ms，翻轉(zhuǎn)角度= 15，視野= 22 cm, 124層，矩陣= 256x192，采集分辨率= 1.5 x 0.9 x 1.1 mm。

研究二的核磁數(shù)據(jù)采集在兩個(gè)地方進(jìn)行，作為一個(gè)兩中心研究。在斯坦福大學(xué)采集使用GE-3T機(jī)器，在紐約大學(xué)的采集使用西門子3T，兩地的采集參數(shù)一致。采用T2加權(quán)EPI成像序列采集靜息態(tài)功能像，TR：2000 ms;TE：29 ms;翻轉(zhuǎn)角度：90度;視野：20cm*20cm;矩陣的大小,64 x64，層厚：3.5mm，層數(shù)：32層。

使用T1加權(quán)成像采集結(jié)構(gòu)像，矢狀位采集，反轉(zhuǎn)時(shí)間= 450 ms, TR = 8.21ms, TE = 3.22ms，翻轉(zhuǎn)角度= 15度，視野= 24 cm, 184層，矩陣= 256x256，采集分辨率= 0.9375 x 0.9375 x 1.0 mm。

由于研究二是一個(gè)兩中心的研究，因此作者為了盡可能的減小采集地、采集機(jī)器之間的差異，在采集期間對(duì)非參與研究的志愿者使用研究中所用序列在兩地分別成像，比較了不同中心采集出的圖像的信噪比等差異，將這些差異確定為一系列的定性因素。這些定性因素由訓(xùn)練有素的圖像質(zhì)量評(píng)估人員進(jìn)行視覺評(píng)估,并在之后的數(shù)據(jù)處理中以協(xié)變量的方式進(jìn)行控制。（不同采集地點(diǎn)的經(jīng)典處理方式）

功能磁共振數(shù)據(jù)預(yù)處理：

使用FSL進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。預(yù)處理為標(biāo)準(zhǔn)的靜息態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，包括剔除前五張圖片、頭動(dòng)矯正、使用兩步配準(zhǔn)法將功能像配準(zhǔn)到MNI標(biāo)準(zhǔn)空間，回歸白質(zhì)、腦脊液信號(hào)，使用6mm高斯核進(jìn)行空間平滑，對(duì)六個(gè)方向的頭動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了回歸，并且進(jìn)一步使用scrubbing的方式對(duì)逐層頭動(dòng)（即后一張相對(duì)于前一張的頭動(dòng)狀況）狀況進(jìn)行了控制（0.5mm）。濾波頻段設(shè)置為0.008Hz –0.1Hz。作者排除被試的標(biāo)準(zhǔn)是最大頭動(dòng)超過3mm。

靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：

作者使用了先前研究確定的100個(gè)ROI作為構(gòu)建靜息態(tài)功能連接的種子點(diǎn)(作者做的ROI-wise的功能連接)。根據(jù)每個(gè)ROI和每個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的空間重疊，將ROI映射到七個(gè)先前確定的功能網(wǎng)絡(luò)（圖3）。利用每對(duì)先驗(yàn)ROIs的平均Bold信號(hào)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)估計(jì)連通強(qiáng)度，然后利用Fisher’s z 變換將r轉(zhuǎn)換為z值。為了以一種有意義的方式進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)維數(shù)，接下來作者計(jì)算了每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的平均連通系數(shù)，以及成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)間連通系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)的靜息態(tài)功能連接構(gòu)建過程，想學(xué)習(xí)請(qǐng)點(diǎn)擊這里）：

第二十二屆功能磁共振數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)班

第十二屆磁共振腦網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理班

圖3 靜息態(tài)功能連接使用的100個(gè)ROI映射到7個(gè)不同的功能網(wǎng)絡(luò)

注：Visual，視覺網(wǎng)絡(luò)、VAN：腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)、SMN：感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、Limbic：邊緣系統(tǒng)、DMN：默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、DAN：背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)、FPCN：額頂執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)

TMS與EEG數(shù)據(jù)采集和分析

TMS/EEG評(píng)估包括用單個(gè)TMS脈沖（spTMS）刺激前額皮質(zhì)內(nèi)的多個(gè)位置，定位于VAN或FPCN區(qū)域，同時(shí)測(cè)量同步的腦電反應(yīng)。

spTMS刺激的解剖學(xué)目標(biāo)是基于獨(dú)立成分分析(ICA)從一組獨(dú)立個(gè)體的靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)確定的。然后將這些區(qū)域使用FSL的非線性變換配回每個(gè)個(gè)體被試具體的皮層區(qū)域。作者使用了荷蘭公司生產(chǎn)的Visor2 LT 3D導(dǎo)航系統(tǒng)為TMS刺激進(jìn)行定位。TMS位點(diǎn)包括雙側(cè)額中回的FPCN和VAN結(jié)點(diǎn)區(qū)域。刺激時(shí)，TMS線圈手柄向后，其側(cè)面指向45度的矢狀面。在每次刺激過程中，參與者被要求放松。

EEG采集使用了專為TMS設(shè)計(jì)的64導(dǎo)聯(lián)電極帽，但數(shù)據(jù)收集只使用了32導(dǎo)。電極阻抗保持在5 kOhms以下。在5千赫時(shí)采集腦電圖數(shù)據(jù)，以鼻尖電極為參考電極。在spTMS-EEG采集結(jié)束時(shí)，使用神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)將電極相對(duì)于頭皮進(jìn)行數(shù)字化。為了避免線圈充電時(shí)產(chǎn)生的偽影，充電時(shí)間延遲了1500ms。

作者使用自定義MATLAB腳本對(duì)spTMS/EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和分析。具體過程包括：

1）.將TMS脈沖后的初始10ms數(shù)據(jù)段丟棄，以去除大的刺激誘發(fā)的電偽影；

2）將EEG數(shù)據(jù)降采樣至1KHz；

3）利用基于閾值的ICA自動(dòng)去除較大的偽影；

4）采用陷波濾波器去除60hz交流線路噪聲偽影；

5）用0.01 Hz高通濾波器去除腦電圖記錄中的非生理慢漂移，用100 Hz低通濾波器去除高頻噪聲；

6）剔除壞導(dǎo)并差值；

7）最后使用基于其他TMS/EEG數(shù)據(jù)集專家標(biāo)記的ICA成分訓(xùn)練的模式分類器，剔除與頭皮肌肉偽影、眼偽影、心電圖偽影相關(guān)的ICA成分。

使用Brainstorm工具箱進(jìn)行源定位。利用基于FreeSurfer平均腦模板的Open MEEG插件，計(jì)算了頭部的三層邊界元模型。皮層表面共產(chǎn)生3,003個(gè)旋轉(zhuǎn)偶極子。通過將標(biāo)準(zhǔn)電極位置投射到頭皮上，得到導(dǎo)電場矩陣。然后用最小范數(shù)估計(jì)方法（MNE）估計(jì)各偶極子的電流密度，并進(jìn)行深度加權(quán)和正則化處理（標(biāo)準(zhǔn)的EEG溯源方法，想學(xué)習(xí)請(qǐng)點(diǎn)擊）：

第五屆腦電數(shù)據(jù)處理入門班(南京）

第十七屆腦電數(shù)據(jù)處理班（重慶，中級(jí)難度）

第五屆腦電信號(hào)數(shù)據(jù)處理提高班（南京）

源空間TMS誘發(fā)響應(yīng)(TER)定義為試驗(yàn)中的三維電流密度的平均值，以此來表示對(duì)TMS的鎖相（用來實(shí)現(xiàn)與外來信號(hào)相位同步，或跟蹤外來信號(hào)的頻率或相位）響應(yīng)。事件相關(guān)電位的頻譜擾動(dòng)(ERSP)定義為經(jīng)過基線校正的并進(jìn)行了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換的三維電流密度的時(shí)頻功率圖的平均值。ERSP適用于檢測(cè)非鎖相TMS誘導(dǎo)的神經(jīng)振蕩。對(duì)于每個(gè)受試者和刺激部位，采用每個(gè)頂點(diǎn)三個(gè)方向的TER的范數(shù)計(jì)算垂直TER。然后通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有頂點(diǎn)的vertex-wise TER進(jìn)行平均得到網(wǎng)絡(luò)TER，并在每個(gè)時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行平均，得到以下時(shí)間窗：P30(25-35ms)、P60(45-70ms)、N100(100-150ms)、P200(175-225ms)。

同樣地，對(duì)于每個(gè)受試者和刺激部位，通過對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)上所有三個(gè)方向的ERSP進(jìn)行平均，計(jì)算垂直方向的ERSP。網(wǎng)絡(luò)ERSP通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有頂點(diǎn)的垂直ERSP求平均值，并對(duì)以下頻段進(jìn)行評(píng)估：θ (4-7Hz), α(8-12Hz), β (13-30Hz), γ(31-50Hz), 還有以下時(shí)間窗: 10-100ms, 100-200ms,200-400ms, 400-600ms, 600-800ms。對(duì)于每個(gè)刺激點(diǎn)，排除高于平均TER值4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的參與者，以確保只分析高質(zhì)量的spTMS/EEG數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)分析：作者的所有數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件進(jìn)行（無論是哪種成熟的統(tǒng)計(jì)軟件，只要你使用得足夠熟練和有效，對(duì)于統(tǒng)計(jì)分析都是很給力的）。主要采用廣義線性模型，除治療結(jié)果預(yù)測(cè)分析外，均采用廣義線性混合模型。所有的測(cè)試和事后分析都使用雙尾檢驗(yàn)，對(duì)多次比較進(jìn)行了修正（使用FDR矯正）。具體來看，在研究一中，作者將年齡、性別、受教育程度和頭動(dòng)等作為協(xié)變量進(jìn)行處理（研究一所有被試都為右利手，且PTSD患者都無用藥）。在研究2中，核心協(xié)變量包括年齡、性別、受教育程度、頭部運(yùn)動(dòng)、位置和慣用手等。

在研究一和研究二中，均使用SPSS對(duì)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者(即受損和完好)進(jìn)行了基于記憶的分組，對(duì)患者和健康對(duì)照組的延遲性言語記憶回憶準(zhǔn)確度得分進(jìn)行判別分析，以確定區(qū)分兩組的最佳分割點(diǎn)。判別分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)90%的準(zhǔn)確率(或更低)是識(shí)別病人的最佳方法。因此，作者將患者分為完整記憶組(即>90%準(zhǔn)確率，在健康范圍內(nèi)執(zhí)行)和受損記憶組(≤90%準(zhǔn)確率，在健康范圍外執(zhí)行)。作者對(duì)分組進(jìn)行了二值化，以便對(duì)未受損患者和健康個(gè)體進(jìn)行與記憶損傷的神經(jīng)相關(guān)關(guān)系的檢測(cè)。

在研究一中隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的治療適度分析中（the treatment moderation analyses），為了控制可能違反模型假設(shè)的情況，作者使用了更魯棒的廣義線性混合模型(GLMM)進(jìn)行了意向-治療框架分析，模型設(shè)置為隨機(jī)截距和固定斜率。這使作者能夠?qū)⑺须S機(jī)分配到治療組（PE）或控制組（未參與治療，WL）的參與者納入研究中，而不受神經(jīng)影像學(xué)研究中可能帶來的偏見的影響。GLMM中的因子包括組別（PE/WL）、時(shí)間（治療前/治療后）、VAN（腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接和二值化的言語記憶障礙變量。為了解釋這個(gè)復(fù)雜的可能影響研究結(jié)果的高階四向交互作用的所有低階交互作用，作者在結(jié)合言語記憶和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接模型中指定了以下效應(yīng)：時(shí)間主效應(yīng)，組*時(shí)間交互效應(yīng)，言語記憶主效應(yīng)，fMRI連接主效應(yīng)，fMRI連接x言語記憶交互效應(yīng)，時(shí)間x言語記憶交互效應(yīng)，時(shí)間x fMRI連接交互效應(yīng)，時(shí)間x fMRI連接x言語記憶交互效應(yīng)，組x時(shí)間x言語記憶交互效應(yīng)，組x時(shí)間x fMRI連接交互效應(yīng)，組x時(shí)間x fMRI連接交互效應(yīng)，組x時(shí)間x fMRI連接x 言語記憶交互效應(yīng)（多么復(fù)雜的一個(gè)模型啊?。?/span>。作者采用了與后4種交互作用相對(duì)應(yīng)的F統(tǒng)計(jì)量，來評(píng)估治療組的言語記憶和網(wǎng)絡(luò)效率對(duì)差異癥狀變化的共同調(diào)節(jié)作用。GLMMs只用來研究記憶或fMRI連接的調(diào)節(jié)作用。

研究結(jié)果：1）將大腦連通性與PTSD中的行為缺陷聯(lián)系起來作者的核心假設(shè)是，在更廣泛的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙臨床綜合征中，有臨床意義的生物學(xué)異質(zhì)性可以在認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)的背景下通過神經(jīng)成像數(shù)據(jù)來解釋。具體地說，他們假設(shè)患有認(rèn)知障礙的PTSD患者與認(rèn)知表現(xiàn)在健康范圍內(nèi)的健康個(gè)體或PTSD患者之間存在靜息態(tài)fMRI功能連接的差異。為了最大限度地解釋研究結(jié)果，作者只選擇了未經(jīng)藥物治療的PTSD患者(n = 36名健康對(duì)照組;56例)。對(duì)行為學(xué)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，兩組被試只在語言延遲記憶方面顯示出顯著差異（FDR矯正，Wald統(tǒng)計(jì)量=6，P = 0.014，圖4）。

圖4 .行為學(xué)結(jié)果，兩組被試在語言延遲記憶方面顯示出顯著差異，learning的柱狀圖表示延遲性言語記憶回憶準(zhǔn)確度為90%時(shí)是區(qū)分PTSD記憶受損的最佳分割點(diǎn)

在功能連接數(shù)據(jù)分析中，作者將PTSD分為了記憶受損組（12）和記憶未受損組（39），加健康對(duì)照組（36），共三組，使用組別（三水平）因素構(gòu)建廣義線性模型。作者發(fā)現(xiàn)在控制年齡、性別、教育程度和頭動(dòng)后，僅有腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(VAN)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接表現(xiàn)出組別之間的顯著差異（Wald統(tǒng)計(jì)量 = 14.8, P = 0.0006, FDR矯正）。Post-hoc分析發(fā)現(xiàn)，與健康個(gè)體(P= 0.0001)和記憶未受損組個(gè)體(P= 0.03)相比，PTSD受損組的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較低，而認(rèn)知功能完好的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者和健康個(gè)體無差異。

圖5 研究1中VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的組間差異及post-hoc分析

接下來，作者測(cè)試了研究1中PTSD患者的大腦連接及行為結(jié)果發(fā)現(xiàn)是否可以推廣到新的患者隊(duì)列和健康對(duì)照組中（即研究2）。結(jié)果表明，研究2中的語言記憶障礙在PTSD組中明顯比健康對(duì)照組更頻繁（P =0.018）。接下來，作者在研究2中研究了VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性和語言記憶分組之間的關(guān)系。使用研究1中定義的廣義線性模型和協(xié)變量，同時(shí)還在協(xié)變量中加入了獲取地點(diǎn)、人群中不同的藥物類別和利手因素，作者發(fā)現(xiàn)基于語言記憶的分組對(duì)VAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性有顯著影響(Wald統(tǒng)計(jì)量 = 11.4, P = 0.003)。post-hoc分析發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于健康個(gè)體(P = 0.042)和記憶未受損的PTSD患者(P = 0.002)，VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性在言語記憶受損的PTSD患者中明顯較低。

值得注意的是，在研究1和研究2中都存在著較多的混淆變量，這些變量包括年齡、性別、教育程度、頭動(dòng)以及研究2中更多用藥差異、利手因素以及不同的采集地點(diǎn)。但是這些混淆變量都沒有影響到作者對(duì)基于語言記憶的分組對(duì)VAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的影響的觀察，同時(shí)VAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性差異在三組之間不受這些混淆變量的影響。作者在研究1中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果在研究2中得到了穩(wěn)定的重復(fù)。這說明，這一研究結(jié)果的泛化能力是很強(qiáng)的。

圖6 研究2中VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的組間差異及post-hoc分析

2）與癥狀、共病和治療結(jié)果相關(guān)的言語記憶受損和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的連接受損

接下來，作者分析的問題是：創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的臨床方面，或其常見的共病，是否因患者的言語記憶延遲回憶、VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性或它們的交互而有所不同。在研究1或2中，沒有發(fā)現(xiàn)這些變量與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙或抑郁癥嚴(yán)重程度(包括創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥狀和分離癥狀)、共病診斷、飲酒、創(chuàng)傷性腦損傷或生活質(zhì)量之間有任何關(guān)系。因此，作者認(rèn)為，從橫向臨床角度來看，我們?cè)?span>PTSD臨床綜合征中所確定的神經(jīng)行為表型不能通過當(dāng)前的癥狀或共病來區(qū)分。

因此，接下來的問題是，當(dāng) PTSD患者接受以暴露為基礎(chǔ)的心理治療的干預(yù)時(shí)，這種表型是否能預(yù)測(cè)臨床結(jié)果。以創(chuàng)傷為中心的心理治療，如長期暴露心理治療，被認(rèn)為是PTSD的黃金標(biāo)準(zhǔn)治療方法，涉及利用學(xué)習(xí)和記憶的治療技術(shù)。作者使用意向-治療分析框架，通過用廣義線性混合模型，研究了非言語記憶延遲回憶和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的潛在調(diào)節(jié)作用。在單獨(dú)統(tǒng)計(jì)時(shí)（作者進(jìn)行了多個(gè)模型的計(jì)算，詳細(xì)見上文的數(shù)據(jù)分析部分），非言語記憶延遲回憶障礙和VAN內(nèi)功能連接均未顯著降低治療結(jié)果(記憶:F（2,90）= 2.0, P = 0.13;連通性:F（2,108）= 0.2, P = 0.84)。但二者的交互作用對(duì)治療結(jié)果有顯著的調(diào)節(jié)作用(F（2,82）= 27.4, P < 10 ^-8)。圖7顯示了連通性得分的中位數(shù)分裂，以說明混合模型的結(jié)果。這個(gè)模型比單獨(dú)的單變量模型解釋了更多的治療結(jié)果方差(作者進(jìn)行了模型的似然比檢驗(yàn)，似然比檢驗(yàn):?G2 = 102.8, df = 6, P < 0.001)。

長期暴露心理治療組的顯著交互作用來自于患者的治療反應(yīng)較差，這些患者的言語記憶受損，VAN內(nèi)連通性較低。無論是表現(xiàn)為完整的口頭記憶還是擁有正常的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接，這部分PTSD患者都能產(chǎn)生強(qiáng)有力的治療反應(yīng)。因此，在更廣泛的PTSD臨床綜合征的生物學(xué)分層中，這種表型可能具有臨床意義。

圖7. 記憶力受損和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較差的患者治療效果較差（這個(gè)模型包括了組別（PE/WL）、時(shí)間（治療前/治療后）、VAN（腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接和二值化的言語記憶障礙變量）

為了測(cè)試這種預(yù)測(cè)能力，作者將這兩個(gè)變量作為潛在的治療結(jié)果預(yù)測(cè)指標(biāo)(量化為二進(jìn)制響應(yīng)變量)使用支持向量機(jī)(SVM)在治療組中采用留一交叉驗(yàn)證對(duì)治療結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用線性SVM(敏感性為80%;特異性,87%,P =0.009，置換檢驗(yàn)，置換次數(shù)5000);采用非線性核SVM(敏感性為80%;特異性為93%;P = 0.01)。單獨(dú)使用言語記憶變量或者VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性變量作為預(yù)測(cè)因子時(shí)，都無法顯著預(yù)測(cè)治療結(jié)果。這進(jìn)一步說明了作者在前文中的分析。（關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)做神經(jīng)影像方面，可參考思影課程，請(qǐng)直接點(diǎn)擊）：

第七屆腦影像機(jī)器學(xué)習(xí)班

盡管言語記憶和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的交互作用對(duì)治療具有調(diào)節(jié)作用，但在長期暴露心理治療后，記憶和VAN的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性都沒有顯著變化（圖8）。

圖8 PTSD患者在心理治療前后的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性和言語記憶回憶得分

3）使用spTMS/EEG研究VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接與直接神經(jīng)刺激誘發(fā)的神經(jīng)效應(yīng)的關(guān)系

為了解釋在靜息態(tài)fMRI大尺度網(wǎng)絡(luò)中難以解釋的神經(jīng)信號(hào)的流動(dòng)問題以及其仍舊不明確的生理信息，作者在研究2中通過同時(shí)進(jìn)行spTMS/EEG刺激靶向皮層區(qū)域，可以評(píng)估受刺激區(qū)域?qū)ο虏繀^(qū)域的定向影響。

作者通過ICA方法確定了spTMS刺激的靶向區(qū)域，如圖9所示，具體前文已經(jīng)敘述過。

圖9 spTMS刺激的靶向區(qū)域

對(duì)spTMS引起的直接神經(jīng)影響通過EEG數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行量化，量化指標(biāo)包括鎖相幅度變化[TMS誘發(fā)反應(yīng)(TERs)]和不同頻帶功率變化[事件相關(guān)頻譜擾動(dòng)(ERSP)變化，見圖10]。具體的篩選在前文的方法部分已經(jīng)敘述。在對(duì)處理后的spTMS/EEG數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制后，作者對(duì)健康組和PTSD組的約110名參與者進(jìn)行了spTMS/EEG和靜息狀態(tài)fMRI數(shù)據(jù)的分析。

圖10 TER和EPSP指標(biāo)的計(jì)算示意圖

對(duì)健康個(gè)體和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者的fMRI連接和spTMS/EEG反應(yīng)進(jìn)行相關(guān)性分析，以識(shí)別spTMS/EEG數(shù)據(jù)中可概括的神經(jīng)刺激誘發(fā)信號(hào)。這可能解釋在假設(shè)這種關(guān)系不是特定于一個(gè)獨(dú)特的臨床診斷的前提下（即研究1）的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的功能連接。

VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接與spTMS/EEG測(cè)量之間的多重線性相關(guān)關(guān)系通過了FDR校正，均為刺激右側(cè)aMFG/VAN（即VAN（腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的aMFG區(qū)域靶向位置）節(jié)點(diǎn)引起的（圖11）。

圖11 多重線性相關(guān)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接與spTMS/EEG測(cè)量之間的相關(guān)關(guān)系

作者發(fā)現(xiàn)，VAN（腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接與spTMS/EEG測(cè)量之間的所有線性關(guān)系都是正相關(guān)的，并且與主要發(fā)生在鎖相TER指標(biāo)結(jié)束后的ERSP指標(biāo)有關(guān)。如圖12所示，凡是VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較低的個(gè)體在spTMS后的400- 600 ms脈沖周期內(nèi)表現(xiàn)出較深的局部alpha頻率范圍去同步化，即alpha功率低于基線。作者選取了VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接分布的頂部和底部三分之一的數(shù)據(jù)，對(duì)參與者的ERSP值取平均值，以可視化整個(gè)時(shí)頻范圍內(nèi)的相關(guān)性結(jié)果，見圖13. 這樣的研究結(jié)果表明，對(duì)于VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較高的個(gè)體，spTMS脈沖的神經(jīng)生理響應(yīng)結(jié)束約400 ms，而對(duì)于VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較低的個(gè)體，spTMS脈沖的神經(jīng)生理響應(yīng)至少持續(xù)800 ms。

圖12. VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性與局部alpha頻率范圍去同步化的相關(guān)關(guān)系

圖13. VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性與ERSP值的相關(guān)關(guān)系

總結(jié)：

對(duì)于PTSD患者，其言語記憶和VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性在記憶受損患者上表現(xiàn)出明顯的受損現(xiàn)象，二者的交互作用對(duì)與治療具有調(diào)節(jié)作用，具體來說會(huì)抑制PTSD患者在暴露療法中的心理治療康復(fù)。該結(jié)果在兩個(gè)獨(dú)立的研究中得到了重復(fù)，并且在研究2的spTMS/EEG數(shù)據(jù)采集中，確定了VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的神經(jīng)信號(hào)流動(dòng)的變化是由對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的直接刺激引起的。該結(jié)果表明，VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能連接的個(gè)體差異會(huì)對(duì)PTSD患者的神經(jīng)信號(hào)改變產(chǎn)生顯著影響。這些結(jié)果共同揭示了一個(gè)可能導(dǎo)致PTSD患者心理治療的不良反應(yīng)的特定的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。這一機(jī)制以VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能連通性的個(gè)體差異為表型。