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?？捎脕眍A(yù)測創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）患者的心理治療不良反應(yīng)，對VAN相關(guān)腦區(qū)直接進行經(jīng)顱磁刺激可改變其內(nèi)部信號流動。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

文獻導(dǎo)讀：

對精神疾病病理學(xué)機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)對于提升研究者以及醫(yī)生對精神疾病病理學(xué)的機制理解是重要的。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)探測手段，但是這種方法受到被試數(shù)量、采集參數(shù)、采集地點、病人類型等影響，在實驗的可重復(fù)性上長期存在一定爭議。同時，靜息態(tài)fMRI大尺度網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)信號的流動及其生理意義仍難以解釋。

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

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

作者發(fā)現(xiàn)，在單詞列表學(xué)習(xí)任務(wù)中，來自兩個獨立隊列的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)患者的一個亞組表現(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)信號流動的變化是由對該網(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)機制，這些機制可能導(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PTSD患者的大腦、行為和生理特征進行了多年的開創(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)致我們對于理解疾病表達和醫(yī)生的臨床相關(guān)性都缺乏機械性理解。確定這樣的生物標(biāo)記可以為有針對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前提，即大腦信息處理的基礎(chǔ)認知功能的破壞構(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)，可能會因PTSD的創(chuàng)傷而導(dǎo)致情感記憶的受損，并且還會影響其治療結(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），以便對其進行控制。同樣，注意力和高級執(zhí)行功能的損傷可能會導(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，考慮到與健康個體相比，只有部分PTSD患者表現(xiàn)出認知障礙，相關(guān)的神經(jīng)異?？赡芤仓辉诓糠只颊咧忻黠@。因此，認知缺陷可能通過提供一個機會，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被充分證明是認知過程的基礎(chǔ)。認知能力的個體差異又與個體在額頂葉、默認模式、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。這將進一步奠定生物學(xué)機制中臨床異質(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)研究的一個重要領(lǐng)域，因為人們認為靜息態(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)信號流機制的組成部分之間的關(guān)系仍在很大程度上是未知的。

這一知識不僅對理解靜息態(tài)fMRI連接的意義很重要，而且對推動從描述性方法到精神疾病基于回路的機械性方法的轉(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，同時用腦電圖(EEG)記錄隨后的大腦活動，從而在神經(jīng)時間尺度上對刺激誘發(fā)的神經(jīng)信號流進行觀察。

每個TMS脈沖都會產(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)可能反映被喚起的興奮性活動，而后期電位(大約50到400毫秒)可能反映在幾百毫秒內(nèi)對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)時間長，這也涉及抑制過程。

因此，通過同時使用spTMS/EEG刺激不同的皮質(zhì)區(qū)域，可以將刺激對信號流動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)生理機制上。因此，同步spTMS/EEG不僅提供了一個了解直接刺激誘發(fā)的神經(jīng)信號流如何與功能連接相關(guān)聯(lián)的機會，而且還建立了腦定位和神經(jīng)生理信號，這些信號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）確定基本認知功能缺陷與認知網(wǎng)絡(luò)靜息狀態(tài)fMRI連接異常之間的關(guān)系。

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

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

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

方法：

研究設(shè)計：作者的研究包括橫向和縱向臨床試驗部分。在橫向分析中，研究了兩組獨立的PTSD患者和健康參與者。并研究了認知任務(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包括腦電圖測量，同時單脈沖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，靜息狀態(tài)fMRI連接變化中的個體差異與神經(jīng)信號流之間的關(guān)系，從而對臨床相關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接差異有更深入的機制理解。

研究1包括112名主要為普通市民的參與者(36名受創(chuàng)傷的健康對照者和76名PTSD患者)，他們接受了臨床、fMRI和行為評估。在這些患者中，66人進行了一項隨機對照試驗，將長期接觸心理治療與不延遲干預(yù)進行比較。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 隨機對照試驗的分組流程

研究2包括245名伊拉克/阿富汗戰(zhàn)爭時期的退伍軍人(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相同的評估。此外，他們同時接受腦電記錄和單脈沖TMS刺激，以探測直接無創(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)。兩項研究都得到了相關(guān)機構(gòu)審查委員會的批準(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

這些行為評估是通過一組計算機化的神經(jīng)認知測試來進行的，測試內(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)鍵語言記憶測試包括學(xué)習(xí)單詞列表，然后是延遲記憶測試。fMRI包括一個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)采集在兩個地方進行，作為一個兩中心研究。在斯坦福大學(xué)采集使用GE-3T機器，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。

由于研究二是一個兩中心的研究，因此作者為了盡可能的減小采集地、采集機器之間的差異，在采集期間對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)量評估人員進行視覺評估,并在之后的數(shù)據(jù)處理中以協(xié)變量的方式進行控制。（不同采集地點的經(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，使用6mm高斯核進行空間平滑，對六個方向的頭動參數(shù)進行了回歸，并且進一步使用scrubbing的方式對逐層頭動（即后一張相對于前一張的頭動狀況）狀況進行了控制（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ROI作為構(gòu)建靜息態(tài)功能連接的種子點(作者做的ROI-wise的功能連接)。根據(jù)每個ROI和每個網(wǎng)絡(luò)之間的空間重疊，將ROI映射到七個先前確定的功能網(wǎng)絡(luò)（圖3）。利用每對先驗ROIs的平均Bold信號之間的Pearson相關(guān)系數(shù)估計連通強度，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一步降低數(shù)據(jù)維數(shù)，接下來作者計算了每個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的平均連通系數(shù)，以及成對網(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)請點擊這里）：

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ROI映射到7個不同的功能網(wǎng)絡(luò)

注：Visual，視覺網(wǎng)絡(luò)、VAN：腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)、SMN：感覺運動網(wǎng)絡(luò)、Limbic：邊緣系統(tǒng)、DMN：默認網(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評估包括用單個TMS脈沖（spTMS）刺激前額皮質(zhì)內(nèi)的多個位置，定位于VAN或FPCN區(qū)域，同時測量同步的腦電反應(yīng)。

spTMS刺激的解剖學(xué)目標(biāo)是基于獨立成分分析(ICA)從一組獨立個體的靜息態(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個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刺激進行定位。TMS位點包括雙側(cè)額中回的FPCN和VAN結(jié)點區(qū)域。刺激時，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，使用神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)將電極相對于頭皮進行數(shù)字化。為了避免線圈充電時產(chǎn)生的偽影，充電時間延遲了1500ms。

作者使用自定義MATLAB腳本對spTMS/EEG數(shù)據(jù)進行清洗和分析。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工具箱進行源定位。利用基于FreeSurfer平均腦模板的Open MEEG插件，計算了頭部的三層邊界元模型。皮層表面共產(chǎn)生3,003個旋轉(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)估計方法（MNE）估計各偶極子的電流密度，并進行深度加權(quán)和正則化處理（標(biāo)準(zhǔn)的EEG溯源方法，想學(xué)習(xí)請點擊）：

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，中級難度）

第五屆腦電信號數(shù)據(jù)處理提高班（南京）

源空間TMS誘發(fā)響應(yīng)(TER)定義為試驗中的三維電流密度的平均值，以此來表示對TMS的鎖相（用來實現(xiàn)與外來信號相位同步，或跟蹤外來信號的頻率或相位）響應(yīng)。事件相關(guān)電位的頻譜擾動(ERSP)定義為經(jīng)過基線校正的并進行了對數(shù)轉(zhuǎn)換的三維電流密度的時頻功率圖的平均值。ERSP適用于檢測非鎖相TMS誘導(dǎo)的神經(jīng)振蕩。對于每個受試者和刺激部位，采用每個頂點三個方向的TER的范數(shù)計算垂直TER。然后通過對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有頂點的vertex-wise TER進行平均得到網(wǎng)絡(luò)TER，并在每個時間窗內(nèi)進行平均，得到以下時間窗：P30(25-35ms)、P60(45-70ms)、N100(100-150ms)、P200(175-225ms)。

同樣地，對于每個受試者和刺激部位，通過對每個頂點上所有三個方向的ERSP進行平均，計算垂直方向的ERSP。網(wǎng)絡(luò)ERSP通過對網(wǎng)絡(luò)中所有頂點的垂直ERSP求平均值，并對以下頻段進行評估：θ (4-7Hz), α(8-12Hz), β (13-30Hz), γ(31-50Hz), 還有以下時間窗: 10-100ms, 100-200ms,200-400ms, 400-600ms, 600-800ms。對于每個刺激點，排除高于平均TER值4個標(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軟件進行（無論是哪種成熟的統(tǒng)計軟件，只要你使用得足夠熟練和有效，對于統(tǒng)計分析都是很給力的）。主要采用廣義線性模型，除治療結(jié)果預(yù)測分析外，均采用廣義線性混合模型。所有的測試和事后分析都使用雙尾檢驗，對多次比較進行了修正（使用FDR矯正）。具體來看，在研究一中，作者將年齡、性別、受教育程度和頭動等作為協(xié)變量進行處理（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、頭部運動、位置和慣用手等。

在研究一和研究二中，均使用SPSS對創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者(即受損和完好)進行了基于記憶的分組，對患者和健康對照組的延遲性言語記憶回憶準(zhǔn)確度得分進行判別分析，以確定區(qū)分兩組的最佳分割點。判別分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)90%的準(zhǔn)確率(或更低)是識別病人的最佳方法。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)。作者對分組進行了二值化，以便對未受損患者和健康個體進行與記憶損傷的神經(jīng)相關(guān)關(guān)系的檢測。

在研究一中隨機對照試驗的治療適度分析中（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)進行了意向-治療框架分析，模型設(shè)置為隨機截距和固定斜率。這使作者能夠?qū)⑺须S機分配到治療組（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)：時間主效應(yīng)，組*時間交互效應(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)，時間x言語記憶交互效應(yīng)，時間x fMRI連接交互效應(yīng)，時間x fMRI連接x言語記憶交互效應(yīng)，組x時間x言語記憶交互效應(yīng)，組x時間x fMRI連接交互效應(yīng)，組x時間x fMRI連接交互效應(yīng)，組x時間x fMRI連接x 言語記憶交互效應(yīng)（多么復(fù)雜的一個模型?。。?/span>。作者采用了與后4種交互作用相對應(yīng)的F統(tǒng)計量，來評估治療組的言語記憶和網(wǎng)絡(luò)效率對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)患有認知障礙的PTSD患者與認知表現(xiàn)在健康范圍內(nèi)的健康個體或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名健康對照組;56例)。對行為學(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%時是區(qū)分PTSD記憶受損的最佳分割點

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)計量 = 14.8, P = 0.0006, FDR矯正）。Post-hoc分析發(fā)現(xiàn)，與健康個體(P= 0.0001)和記憶未受損組個體(P= 0.03)相比，PTSD受損組的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較低，而認知功能完好的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者和健康個體無差異。

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列和健康對照組中（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，同時還在協(xié)變量中加入了獲取地點、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VAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性有顯著影響(Wald統(tǒng)計量 = 11.4, P = 0.003)。post-hoc分析發(fā)現(xiàn)，相對于健康個體(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。但是這些混淆變量都沒有影響到作者對基于語言記憶的分組對VAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性的影響的觀察，同時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，作者認為，從橫向臨床角度來看，我們在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，這種表型是否能預(yù)測臨床結(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。在單獨統(tǒng)計時（作者進行了多個模型的計算，詳細見上文的數(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。這個模型比單獨的單變量模型解釋了更多的治療結(jié)果方差(作者進行了模型的似然比檢驗，似然比檢驗:?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（這個模型包括了組別（PE/WL）、時間（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）

為了測試這種預(yù)測能力，作者將這兩個變量作為潛在的治療結(jié)果預(yù)測指標(biāo)(量化為二進制響應(yīng)變量)使用支持向量機(SVM)在治療組中采用留一交叉驗證對治療結(jié)果進行了預(yù)測分析。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，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)測因子時，都無法顯著預(yù)測治療結(jié)果。這進一步說明了作者在前文中的分析。（關(guān)于機器學(xué)習(xí)做神經(jīng)影像方面，可參考思影課程，請直接點擊）：

第七屆腦影像機器學(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)信號的流動問題以及其仍舊不明確的生理信息，作者在研究2中通過同時進行spTMS/EEG刺激靶向皮層區(qū)域，可以評估受刺激區(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spTMS引起的直接神經(jīng)影響通過EEG數(shù)據(jù)記錄進行量化，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(ERSP)變化，見圖10]。具體的篩選在前文的方法部分已經(jīng)敘述。在對處理后的spTMS/EEG數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制后，作者對健康組和PTSD組的約110名參與者進行了spTMS/EEG和靜息狀態(tài)fMRI數(shù)據(jù)的分析。

圖10 TER和EPSP指標(biāo)的計算示意圖

對健康個體和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者的fMRI連接和spTMS/EEG反應(yīng)進行相關(guān)性分析，以識別spTMS/EEG數(shù)據(jù)中可概括的神經(jīng)刺激誘發(fā)信號。這可能解釋在假設(shè)這種關(guān)系不是特定于一個獨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)點引起的（圖11）。

圖11 多重線性相關(guān)檢驗發(fā)現(xiàn)的VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接與spTMS/EEG測量之間的相關(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)，對參與者的ERSP值取平均值，以可視化整個時頻范圍內(nèi)的相關(guān)性結(jié)果，見圖13. 這樣的研究結(jié)果表明，對于VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較高的個體，spTMS脈沖的神經(jīng)生理響應(yīng)結(jié)束約400 ms，而對于VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連通性較低的個體，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，二者的交互作用對與治療具有調(diào)節(jié)作用，具體來說會抑制PTSD患者在暴露療法中的心理治療康復(fù)。該結(jié)果在兩個獨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)信號流動的變化是由對該網(wǎng)絡(luò)的直接刺激引起的。該結(jié)果表明，VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能連接的個體差異會對PTSD患者的神經(jīng)信號改變產(chǎn)生顯著影響。這些結(jié)果共同揭示了一個可能導(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)機制。這一機制以VAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能連通性的個體差異為表型。