任克 汪待發(fā) 劉松柏 王玨君 孫志輝

應激障礙主要包括創(chuàng)傷后應激障礙(post-traumatic stress disorder,PTSD)和急性應激障礙。PTSD一般由物理創(chuàng)傷、精神創(chuàng)傷引起,具體表現為精神障礙、面臨類似情景可感到痛苦、創(chuàng)傷性體驗重現或對相關經歷的選擇性遺忘[1],癥狀通常會持續(xù)3個月以上[2]。急性應激障礙,主要由急性精神刺激引起,數小時內發(fā)病,癥狀表現為語言功能受損、精神亢奮或抑制等[3]?；颊咄ǔ０l(fā)病較快,且治療后恢復較為明顯[4]。應激障礙的核心癥狀表現為認知功能缺陷,而神經影像學研究普遍認為,應激障礙患者的前額葉皮質(prefrontal cortex,PFC)活動會出現異常。

近紅外腦功能成像技術(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS),又稱近紅外腦成像技術、功能性近紅外光譜成像,自1977年首次被用于動物大腦皮層活躍程度的檢測以來,已成逐步為神經影像學研究中最常用的技術手段之一,并越來越廣泛地被用于應激障礙的相關研究中[5]。fNIRS利用人體血液中氧和血紅蛋白、脫氧血紅蛋白對光的吸收度不同的原理,根據所采集到光強的變化來得到氧和血紅蛋白、脫氧血紅蛋白的含量變化,而氧和血紅蛋白、脫氧血紅蛋白含量反映了大腦皮層的活躍與代謝情況。在以往研究中,已有多種神經影像學成像技術被用于應激障礙的相關研究,最常用的是功能核磁成像(functional MRI,fMRI),此外還包括腦電圖(electroencephalogram,EEG)、正電子發(fā)射掃描(positron emission computed tomography,PET)等。應激障礙涉及到的研究普遍與認知能力有關,相關實驗范式通常需要受試者身體在一定范圍內進行活動。另一方面,由于應激障礙人群屬于特殊人群,非常規(guī)的環(huán)境可能引起受試者情緒波動,例如fMRI、PET幽閉的試驗環(huán)境可能會引起受試者情緒波動從而影響實驗結果準確性。此外,對于應激障礙的研究多集中于前額葉區(qū)域的各個部位,所以對于腦區(qū)中各個部位的區(qū)分能力也有一定要求。相比之下,fNIRS在同時滿足時間空間分辨率、無創(chuàng)的基礎上,且對運動偽影不敏感、使用地點靈活,因此更加適合于應激障礙的相關研究。為進一步梳理相關研究取得的進展,本文將對fNIRS在應激障礙治療的研究中的作用進行簡要綜述。

一、fNIRS在PTSD中的應用

許多神經心理學研究已經證實了與PTSD相關的認知功能障礙,如記憶障礙、注意力缺陷和學習障礙[6-8]。研究表明[9-11],應激障礙患者前額葉區(qū)域的功能存在受損跡象。金圭星等[12]發(fā)現前額葉灰質體積減小,是導致PTSD患者執(zhí)行功能缺陷的原因之一。Aupperle等[13]的研究證實PTSD患者認知功能受損,主要與背側前額葉、額葉-紋狀體環(huán)路即額葉、ACC、眶前額皮層等腦結構受損有關。

通過調研過往的fNIRS相關研究不難發(fā)現,研究者通常通過fNIRS檢測患者前額葉在執(zhí)行認知測試任務時的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白水平變化,評估其認知功能[14-18]。在過往研究中涉及到的研究對象主要分為以下幾類:患有PTSD的退伍軍人;人為災害中的受害者,該群體又細分為患上PTSD的受害者與未患PTSD的受害者;另外還有自然災害(如洪水、地震等)中的受害者;而健康受試者通常作為實驗中的對照組。對比已有研究,組別設計大致可以概括為以下兩種:一種為PTSD患者組成的實驗組與健康對照組;另一種是因經歷災害而患上PTSD的患者與經歷災害但未患PTSD的受害者,某些研究也會在此基礎上加入健康對照組,例如2003年Matsuo等[14]對東京地鐵沙林事件受害者所進行的fNIRS研究中,就選用了三組對照的設計。

研究表明[12-13],認知功能障礙是PTSD最核心的臨床癥狀,與前額葉腦區(qū)功能高度相關。目前,有關fNIRS在PTSD中的研究同樣主要集中于前額葉皮層,而采取的研究模式分為三種,包括認知測試研究模式、場景刺激研究模式、治療評估研究模式。認知測試研究模式的內容為設計與基礎認知功能激活有關的試驗范式,主要考察了受試者的工作記憶能力、反應-抑制能力、語言加工能力等,所用到的實驗范式主要包括:數字前向-后向實驗、STROOP實驗、正向-反向掃視實驗、威斯康星卡片實驗、語言流暢性實驗等。而場景刺激研究模式的內容為向受試者展示與其所經歷災害相關或不相關的內容,并觀察在此期間受試者大腦皮層相關區(qū)域的變化。治療評估研究模式的內容為對PTSD患者施以治療手段,治療期間采集fNIRS數據并進行分析,例如2016年Amano等[15]對PTSD模型受試者進行了眼球運動脫敏和再處理(eye movement desensitization and reprocessing,EMDR),以觀察EMDR治療期間受試者的大腦相關區(qū)域變化情況。

(一)認知測試方面的研究

在已有的認知測試模式的研究中,普遍認為PTSD患者在執(zhí)行任務期間前額葉相關區(qū)域的激活程度相對于正常人有所不同,而這一點在已有fNIRS研究中也得到了證實。已發(fā)表的有關PTSD中fNIRS的研究主要集中在工作記憶能力、反應-抑制能力、語言加工能力等方面。

在工作記憶能力的相關研究中,所用實驗范式多為數字前向-后向實驗,而不同研究在數字前向實驗與數字后向實驗分別得到結果中,普遍表現為患者與健康受試者前額葉相關區(qū)域生理變化在不同使其呈現不同程度的差異。首先,已有研究[16-17]發(fā)現,受試者在進行數字前向-后向任務期間,其氧合血紅蛋白水平會呈現“數字呈現”、“維持”、“數字回憶”三階段模式的變化規(guī)律,在這三個階段對應的時間區(qū)間內,對照組和實驗組的血氧水平存在差異,具體表現為“數字呈現”與“維持”階段差別較小,而患者在數字后向實驗“數字回憶”階段的血氧水平明顯高于數字前向實驗相同階段的血氧水平。此外,上述研究還對受試者腦區(qū)激活程度進行了探究。其中2012年Tian等[16]在對患有PTSD的退伍軍人進行數字前向-后向測試時,發(fā)現在進行前向實驗時患者的前額BA9和BA10區(qū)域激活程度較弱,而在后向實驗時出現較強的激活。出現這種結果主要是由于數字保持短期記憶后,需要對其進行復現操作,而與數字前向任務相比,患者在進行數字后向任務時需要比正常人更強烈的神經活動,便會導致更強烈的血流動力學激活。

在反應-抑制能力的研究中,普遍認為健康受試者的抑制反應能力強于PTSD患者,具體表現為患者在抑制反應期間前額葉背外側區(qū)域活性較低。其中,Tian等[16]進行的正-反掃視實驗中,發(fā)現患者在進行抗眼運動期間,其前額葉右側背外側存在輕微失活,而該研究團隊還發(fā)現在進行STROOP實驗期間,患者的左側背外側區(qū)域接近額下回的位置活性較低。以上結果表明了前額葉背外側區(qū)域可能與抑制反應能力有關。

對于語言加工能力的研究并不多見,主要研究方式為探究受試者相關腦區(qū)在實驗期間的氧合血紅蛋白濃度增加程度。在Matsuo等[18]進行的一項語言流暢性測試中,發(fā)現PTSD患者在某些通道的氧合血紅蛋白(oxyHb)增加量明顯減少,而這些通道對應位置大致為前額葉皮層。說明在PTSD組中,患者的注意力不能有效集中、前額葉不能被有效利用。

(二)場景刺激方面的研究

神經影像學研究中普遍認為,前額葉皮層是與許多高級認知功能相關的關鍵腦區(qū)[17],在PTSD患者的額葉和頂葉皮質這兩個關鍵腦區(qū)的活動出現了異常,而且前額葉某些區(qū)域的活性可能與精神警覺程度呈正相關。在以往fMRI研究中,也進行過一些探討。例如Fonzo等[19]對遭受過家暴并因此患上PTSD的受試者進行了fMRI研究。但應激障礙人群較為特殊,幽閉的試驗環(huán)境可能引起其情緒波動,而fNIRS則可以避免這一因素所帶來的干擾,2003年Matsuo等[14]使用fNIRS對東京地鐵沙林事件中的受害者進行的研究中,發(fā)現患有PTSD的受害者在受到與災害相關的情景刺激后,前額葉相關區(qū)域活躍程度明顯增加,激活的區(qū)域為額葉中部和上回,對應于背外側前額葉皮質。PTSD患者前額葉皮層血流動力學反應的增加,表明PTSD患者中存在對威脅的警戒回避反應機制,前額葉皮層的激活程度與記憶強度之間存在著神經關聯,該區(qū)域在抑制創(chuàng)傷性事件的視頻圖像所引起的創(chuàng)傷性記憶方面發(fā)揮作用。

(三)治療評估中的應用

傳統(tǒng)的心理干預療法包括認知行為療法、教育、宣泄、疏導、社會支持、藥物治療等,但近年來新興的一種治療方法——EMDR療法開始受到臨床的青睞。EMDR療法由Francine Shapiro于1978年創(chuàng)建,是美國心理協會推薦的治療創(chuàng)傷相關癥狀的標準治療方法之一,被廣泛認為適合于研究與心理干預相關的大腦變化[20],而神經影像學研究中所用最廣泛的治療方法也是EMDR療法。fNIRS作為一種腦功能成像手段,可用于檢測治療期間或治療前后PTSD患者腦激活水平的變化,以此反應認知能力是否得到提升,探究治療對患者的影響。2016年Amano等[21]使用fNIRS證明了EMDR療法可以有效減少PTSD患者對所回憶事件產生的不愉快感，提升患者情緒的積極程度。而EMDR療法通常也應用于其他心理障礙疾病的治療,例如Shapiro曾用EMDR治療藥物濫用患者、驚恐障礙患者、演講焦慮者等,治療效果都較為顯著。

此外,fNIRS因其時間分辨率高、對運動偽影不敏感,也曾用于PTSD動物的治療評估實驗研究。但這方面的相關報道較為稀少,其中張彥峰等[22]以大鼠為實驗對象,通過探索大鼠在接受穴位針刺時大腦皮層的血流變化情況,驗證了穴位針刺療法對于PTSD的積極作用。

二、fNIRS在急性應激障礙中的應用

過去的經驗和證據表明,認知能力會受到急性刺激的影響。使用fNIRS評估急性應激障礙對認知靈活性影響的相關研究還較為稀少。其中,Kalia等[23]進行了相關研究,所使用的研究模式為本文所提到的認知測試研究模式,利用威斯康星卡片實驗評估受試者的認知靈活性。但所選取的受試者并非真正的急性應急障礙患者,而是對健康受試者采用冷加壓處理法(cold pressor task, CPT)形成臨時的急性應激狀態(tài)。結果表明接受CPT處理后的受試者功能性氧合血紅蛋白信號波動幅度大于系統(tǒng)性氧合血紅蛋白成分。這也從側面反映了急性應激障礙對認知靈活性具有影響。

三、小結

本文介紹了fNIRS在應激障礙中的研究現狀,通過梳理可以發(fā)現,近年來 fNIRS 成為了應激障礙相關研究的新興手段,它可以作為一種便攜式、輔助性的神經影像學工具,用于研究應激障礙患者的認知功能,且已經取得了一些成果。但回顧過往的研究,仍然存在著一些局限性,例如各個研究中的樣本量普遍較小;PTSD水平、不同類型的創(chuàng)傷會形成組內的差異性,也會對結果產生影響;多數研究中的fNIRS只覆蓋了前額葉皮層區(qū)域,其他大腦區(qū)域在任務中的參與情況仍不明確;前額葉和其他腦區(qū)的相互關系也有待進一步闡明。而未來的相關研究也可以從以上幾個方面來進行改進和完善。

總的來說,fNIRS具有高時空分辨率、低成本、便攜、非侵入、無噪音、使用環(huán)境開放不受限制、對實驗過程中被試動作不會過分敏感等特性,非常適用于應激障礙人群治療的研究。因此,fNIRS為探究應激障礙患者的神經病理機制提供了新的方法和新的機遇。