抑郁症患者情绪加工皮层间连接削弱基于多变量自回归模型相干分析
抑郁症患者情绪加工皮层间连接削弱基于多变
量自回归模型相干分析
摘要：主要研究抑郁症和正常人在不同情绪认知任务下大脑功能性连接的差异。作者选取了 12
个抑郁症患者和 12 个正常被试进行正负情绪面孔搜索的认知任务，并同时记录头皮脑电。应
用基于多变量自回归模型的相干分析方法计算了
delta（1~3.5Hz）、theta（4~7Hz）、alpha（8~13Hz）频带 15 个导联之间的连接，以及前额、
顶枕区短距离连接和左右半球前额-顶枕区长距离连接。结果发现：1）刺激后 1~200ms,抑郁症
患者在前额区 delta、theta、alpha 频带的短距离连接强度显着低于正常组，左前额-顶枕区
delta、theta 频带的长距离连接强度也明显低于正常组；2）正性情绪刺激下，正常人前额区
delta、theta、alpha 频带的短距离连接强度比负性情绪刺激下显着高，左前额-顶枕区
delta、theta 频带的长距离连接和右前额-顶枕区 alpha 频带的长距离连接强度比负性情绪刺激下
也显着高。病人组情绪差异不明显。
综上，前额区连接和左前额-顶枕区长距离连接的减小反映了病人在情绪认知任务下该神经网
络功能性连接不充分，这可能揭示了抑郁症情绪加工障碍的机制。
抑郁症主要临床表现为显着而持久的情绪低落。早期学者认为抑郁症主要是由前额异常调制
（hypofrontality）引起的，特别表现为前额不对称性。近年来，在基于功能磁共振技术的大量
研究工作中，发现了静息状态下部分脑区的异常活跃，提示病人脑功能性网络可能损伤或改
变。研究者认为抑郁症是一种大尺度皮层系统（多个大脑皮层区域的相互功能连接构成，包括
颞叶前额叶、枕叶及顶叶等）的分布紊乱所引起的疾病。Lemogne 等人认为抑郁症患者缺乏抑
制异常认知控制网络和默认网络的机制，导致大脑在处理资源竞争的时候出现自我聚焦（self-
focus ）。
Leistedt 等人发现病人的睡眠脑电（electroencephalograph,EEG）全局相干显着低于正常人，脑
网络表现为显着的小世界特性退化。不同的认知任务下，主要发现病人的边缘皮层，特别是负
责情绪感受的杏仁核过度活跃，而负责认知加工的背外侧前额区的活动减弱。这提示我们在不
同情绪加工过程中，病人不同皮层区域间的功能连接也可能发生了改变。我们小组的前期研究
就发现病人在情绪任务下半球间头皮脑电的相干都比正常人低。2007 年，Fingelkurts 等人发现
在静息状态下，患者左半球的短距离皮层连接的数目和强度都比右半球高；但是对于长距离连
接，右半球反而比左半球高，体现了患者的脑网络存在异常连接，且短、长程连接变化不一
致；同时，静息态下病人的脑功能网络连接显着高于正常人。以上的研究结果都说明抑郁症患
者在不同生理状态下的脑功能网络连接特性异常，但并未揭示情绪加工过程中病人不同空间尺
度皮层功能性网络的连接特性。
短距离电极间连接（short-rangeconnectivity）和长距离电极间连接（long-rangeconnectivity）可
以分别衡量局部神经集群之间、长距离神经轴突之间的竞争和复杂度，反映大脑局部网络和大
范围网络的功能性连接特性。
基于多变量自回归（multivariateautoregressive,MVAR）模型的方法估计相干，有很高的时间和
频率分辨率，能有效衡量不同脑区信号之间的连通性。本文设计了正性和负性情绪面孔的搜索
认知任务，利用MVAR 模型的方法估计相干，分时段地比较了抑郁症患者和正常人在不同情
绪认知任务下大脑功能性连接的差异。我们假设情绪认知过程中病人的短、长程皮层网络连接
较正常人发生改变。
材料与方法
被试被试包括抑郁症组 12 人（男性6人，女性6人，平均年龄34±14.36 岁）和正常对照组12
人（男性6人，女性6人，平均年龄38±9.02 岁），年龄无统计学差异（P=0.866 ）。
抑郁症组为上海市精神卫生中心门诊病人，符合 CCMD-3（F32）（中华精神科学会，2001）
首发抑郁症诊断标准。正常被试为上海市精神卫生中心招募的学生和工作人员，视力或矫正视
力正常，经过焦虑自评量表（self-Ratinganxietyscale,SAS）、抑郁自评量表（self-
ratingdepressionscale,SDS）和汉密尔顿抑郁量表（hamiltondepressionscale,HAMD）的评定，证
实无抑郁症症状，且无神经损伤史，无药物、酒精滥用史。实验经上海市精神卫生中心人类伦
理委员会批准，所有被试在实验前被详细告知实验目的和实验内容，并自愿签署知情同意书，
实验结束后给予适量报酬。
实验方法
实验程序由美国 PST（Psychologysoftwaretools）公司的E-PrimeVersion1.0 软件编写。每副刺激
图片中有六张同一个人的面孔等间隔地排列在一个圆上。这些面孔中有五张是中性表情，另外
一张可以是中性表情或者是带有情绪的面孔。面孔图片来自 EKman 数据库。这张情绪面孔在
六个位置上随机出现（如图 1）。实验时要求被试判断呈现的图片中是否出现了目标面孔表
“情。如果出现正性表情的目标面孔，则用右手按 1”键；出现负性表情的目标面孔，则
“按5”键。每张刺激图片呈现1500ms,要求被试在该时间内尽快且尽量准确地判断和按键；紧接
着出现 1000ms 的间隔（inter-stimulusinterval,ISI “），此段时间内屏幕上呈现白色的+”号；之后
再出现刺激图片，并要求被试反应。如此循环，直到所导高密度脑电检测仪。记录软件采用该
公司研发的 VisionRecorder 系统。参考电极位于鼻尖，另有四个电极分别记录上下垂直的眼电
和左右水平的眼电，采样率为1000Hz,头皮电阻小于 5kΩ 。
采集到的原始数据利用VisionAnalyzer 进行预处理，包括带通滤波（0.05~100Hz）、去眼电、
伪迹去除（幅值大于 100μv 的数据段全部剔除）、基线校正（刺激前 200ms 为基准）、去趋势
等，并将数据有效段设定为-200~800ms.然后，将记录到的数据段叠加平均，计算事件相关脑
电位（event-relatedpotentials,ERP）和方差，再将各段分别减去这些段的ERP 值并除以总体方
差，得到平稳的时间序列，用于后续建模分析。
MVAR 相干分析 EEG 相干分析可用来衡量两路信号在固定频率上同步震荡的程度。传统的相
干分析是基于 DFT 功率谱估计的，这种方法中的时间分辨率和频率分辨率相互约束，不利于
1s 以内脑电的动态变化，而且只能度量两路信号之间的同步性，没有考虑到更多脑区系统内部
之间的相互影响。Ding 等人用 MVAR 模型估计相干，首先对信号做必要的预处理，得到近似
平稳的分段信号（quasi-stationarysegments）后再进行建模估计相干，这种方法被证图 1实验任
务示意图每张刺激图片包括六张面孔（正性和中性或者是负性和中性）。
每张图片呈现1500ms,被试在该时间内判断出不同的情绪面孔，紧接着出现 1000ms 的间隔有刺
激图片呈现完毕为一组实验（block）。每个block 中刺激图片总数为 144 张。每组实验需要大
约6min.做完一组试验后，被试要休息1min.刺激序列呈现情况参见图 1.明能非常有效地捕捉到
瞬态的同步变化。事实上，与认知任务相关的神经集群之间的同步不仅仅反映在 ERP 信号上，
还反映在这些近似平稳的分段信号上，它们更能反映心理和认知状态。MVAR 估计相干克服了
传统相干分析方法的不足，大大提高了时间分辨率和频率分辨率，具有更强的抗噪声性能，非
常适合脑电信号的动力学分析和功能连接性分析。MVAR 计算相干采用网上开源的工具箱
Biosig 实现。
为了观察整个情绪处理过程中区域连通性的变化，我们将刺激前 200ms 和刺激后 800ms（共
1000ms）的数据分为 5个时间段（-200-0ms,1~200ms,201~400ms,401~600ms 和601~800ms）进
行分析。对每个时间段，以长 100ms、步长10ms 的滑动短窗来建立 MVAR 模型，计算得到 11
个相干值，最后将这些相干值叠加平均后作为该时间段的相干。在使用AIC 准则对100ms 序列
进行阶数估计时，我们发现 p主要集中在 5~10 阶（5~10ms）之间，进一步用这一区间的各阶 p
估计平均功率谱和相干，发现其结果是一致的。因此，我们最终选择p=7.这样，最后得到 5个
时间段的所有导联对之间的相干值。
本文分析的频段包括：delta（1~3.5Hz）、theta（4~7Hz）和 alpha（8~13Hz ）。
根据经验，我们选取了部分导联：
Fp1、Fpz、Fp2、F5、Fz、F6、C5、Cz、C6、P5、Pz、P6、O1、Oz 和O2,它们均匀覆盖了左
右半球。计算过程如下：首先，我们计算了全部导联对的相干；接着，为了研究前额和顶枕区
功能性连接的变化，我们进一步分析了前额短距离连接（Fp1、Fpz、Fp2、F5、Fz、F6）、顶
枕区短距离连接（P5、Pz、P6、O1、Oz、O2）、左半球前额-顶枕区长距离连接
（Fp1、P5、Pz、O1、Oz），以及右半球前额-顶枕区长距离连接（Fp2、P6、Pz、O2、Oz）
的变化（如图 2所示）；最后，以相关导联对叠加平均的均值作为该区域短、长程的连接结
果。
摘要：
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抑郁症患者情绪加工皮层间连接削弱基于多变量自回归模型相干分析摘要：主要研究抑郁症和正常人在不同情绪认知任务下大脑功能性连接的差异。作者选取了12个抑郁症患者和12个正常被试进行正负情绪面孔搜索的认知任务，并同时记录头皮脑电。应用基于多变量自回归模型的相干分析方法计算了delta（1~3.5Hz）、theta（4~7Hz）、alpha（8~13Hz）频带15个导联之间的连接，以及前额、顶枕区短距离连接和左右半球前额-顶枕区长距离连接。结果发现：1）刺激后1~200ms,抑郁症患者在前额区delta、theta、alpha频带的短距离连接强度显着低于正常组，左前额-顶枕区delta、theta频带...
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
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时间：2024-04-23
