EEG溯源研究：精神分裂患者在Oddball任务中脑功能网络的异常变化
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目前，很多的研究似乎已经表明，精神分裂症（schizophrenia, SZ）的症状并不是单单某一个脑区出现了异常，而是由于不同脑区的功能连接或者说是信息交流出现了故障。之前的研究者采用ERP技术对SZ患者在听觉Oddball任务中的ERP成分进行了较为系统的研究，发现SZ患者表现出显著的P300异常。但是，在听觉Oddball任务中SZ患者的皮层或溯源空间上的脑功能连接网络的特性及其与患者临床症状评分之间关系目前研究的比较少。来自韩国的研究团队曾在《Schizophrenia Research》杂志发表研究论文，对上述问题进行了系统研究。因此，笔者在这里对该项研究进行解读和剖析，希望对大家有帮助和启示。
实验方案及数据分析
1.被试：根据临床标准募集34个SZ患者和34个健康（HC）被试，并对SZ患者的症状严重程度进行评分，被试的详细信息如下表1所示。
表1
2.EEG采集和预处理：试验任务采用标准的听觉Oddball实验范式，标准刺激概率为85%，偏差刺激概率为15%，偏差刺激出现时被试需要按键反应。
EEG数据的采集采用Neuroscan设备，采集62导联的脑电信号，62导联按照10-20导联系统进行放置。地电极放置在前额，参考电极位于两侧乳突。同时记录垂直眼电（VEOG）和水平眼电（HEOG）。EEG采样频率1000Hz，带通滤波1-100Hz。
EEG信号的预处理采用Scan 4.3软件，眨眼伪迹采用线性回归方法进行校正，然后数据进行1-55Hz的带通滤波，提取偏差刺激前100ms和后900ms的epoch；然后，采用±75μV极值标准去除含有噪声较大的epoch。对于HC和SZ组，最后剩余的epoch数目分别为53.09± 9.89和47.59 ± 13.86。
3.溯源分析和功能连接计算：溯源分析采用eConnectome工具包，采用MNI152标准头模型，最后提取314个皮层ROI区域的皮层电流密度信号，这314个ROI区域的位置如图1所示。对于提取得到的这些电流密度信号，通过带通滤波得到5个频率段的信号，即alpha（8-12Hz）、beta1（12-18Hz）、beta2（18-22Hz）、beta3（22-30Hz）和gamma（30-55Hz）。
相锁值（PLV）用于计算两两ROI脑区之间的功能连接，由于前人研究表明，SZ患者的P300表现出异常，因此这里采用刺激后0-500ms内的信号来计算PLV。
4.脑网络分析：这里主要分析了全局和局部聚类系数以及全局特征路径长度这些脑网络参数。
图1
实验结果
1.全局聚类系数和特征路径长度的研究：如表2所示，与HC组（即表中的NC）相比，SZ组（即表中的SPR）在beta1频段的聚类系数显著降低，而特征路径长度显著增加；此外，SZ组在beta2频段的特征路径长度也显著增加。这说明，SZ组患者主要在beta频段表现出脑功能网络的异常，也就是说，SZ患者在oddball任务中大脑各区域之间的信息交流效率大幅度降低。
表2
2.局部聚类系数的研究：上述的研究表明，SZ患者主要在beta1频段表现出全局聚类系数的异常，因此，这里主要研究了beta1频段各个ROI脑区的聚类系数。如图2所示，蓝色圆表示SZ患者聚类系数降低的区域，而圆的大小表示p值。可以看出，SZ患者主要在frontal 和temporal–parietal区域表现出显著降低的聚类系数。这说明，SZ患者主要在这些脑区出现异常。
图2
3.脑网络参数与临床症状评分之间的相关研究：这里只研究beta1频段的聚类系数和路径长度以及beta2频段的路径长度与临床症状评分的关系，结果如图3和表3所示。结果表明，在beta1频段，聚类系数与临床症状评分中的阴性症状（图3A）和认知成分（图3C）呈现负相关；而仅仅在beta2频段，路径长度与临床症状评分中的阴性症状（图3B）和认知成分（图3D）呈现正相关。
图3
表3
总结
总之，本文从源空间皮层功能网络的角度研究了SZ患者在执行Oddball任务过程中的大脑变化状况。与正常人相比，SZ患者在beta频段表现出显著降低的聚类系数和增加的路径长度，这说明SZ患者在执行Oddball任务过程中大脑不同脑区信息交流的效率显著降低。这似乎与ERP研究中发现的P300成分异常的结果相互印证。此外，该研究还发现SZ患者主要在frontal和temporal–parietal区域表现出显著降低的聚类系数，而这也与之前的研究发现SZ患者前额叶异常相一致。
参考文献：
Shim M , Kim D W , Lee S H, et al. Disruptions in small-world cortical functional connectivity networkduring an auditory oddball paradigm task in patients with schizophrenia[J].Schizophrenia Research, 2014, 156(2-3):197-203.