楊春花，丁 琳，張永卿，盧 燕，王耀霆，王震寰

非器質(zhì)性失眠癥是國際疾病分類第10版(ICD-10)使用的術(shù)語，指一組以情緒為原發(fā)病因或主要誘因的一種失眠癥亞型，據(jù)相關(guān)研究表明，全球33%～50%的成人主訴每年有數(shù)夜失眠，長期的失眠對人類的注意力控制、警覺性、腦力負荷狀態(tài)等帶來顯著的負面影響[1]，更是心血管疾病、廣泛性焦慮、抑郁、人體免疫力降低等疾病的危險因素[2-3]，嚴重降低生活質(zhì)量、工作效率，損害社會功能，甚至導(dǎo)致惡性意外事故的發(fā)生，是一個亟需解決的公共衛(wèi)生健康問題。與其他疾病的診斷不同，非器質(zhì)性失眠癥的臨床診斷目前是嚴格基于主觀報告，缺乏客觀便捷的評估方法[4]。而腦電波的發(fā)現(xiàn)和記錄使得睡眠成為一種可量化的行為，可以準確判斷和分析人類睡眠狀態(tài)[5-6]，暫時臨床上公認多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(polysomnography，PSG)是監(jiān)測睡眠的金標準[4]。但是由于主觀報告的不準確性、PSG的復(fù)雜不便性，急需探求一種更為便捷客觀的評估手段來豐富對非器質(zhì)性失眠癥的診斷。本研究采集非器質(zhì)性失眠癥和健康人群任務(wù)態(tài)腦電，分析事件相關(guān)電位P300成分的振幅和潛伏期差異性，并通過溯源分析方法探討二者腦區(qū)溯源的特征，為臨床提供一種更為客觀準確的評估方法和日后睡眠障礙精準醫(yī)學奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 非器質(zhì)性失眠組：招募蚌埠醫(yī)學院2022年1-6月的非器質(zhì)性失眠癥在校大學生10例，其中男5例，女5例，年齡18～30歲。入組標準：(1)符合ICD-10[7]；(2)無其他睡眠障礙，如睡眠異常、睡眠過多、睡眠相關(guān)運動障礙或其他精神障礙；(3)愛丁堡利手量表測量的右手性；(4)裸視或矯正視力正常；(5)性別不限，年齡≥18歲且愿意參加本研究，并簽署知情同意書。排除標準：(1)孕期、哺乳期或月經(jīng)期；(2)器質(zhì)性疾病或繼發(fā)于抑郁或廣泛性焦慮的嚴重精神疾病所致的失眠；(3)神經(jīng)系統(tǒng)或其他軀體疾病史，如呼吸、心臟、腎臟、肝臟和內(nèi)分泌疾病；(4)1個月內(nèi)任何可能影響睡眠或腦功能的藥物；(5)成癮障礙；(6)腦電數(shù)據(jù)質(zhì)量差。健康對照組：與非器質(zhì)性失眠癥組同期招募的健康在校大學生10名，其中男3名，女7名，年齡18～30歲。入組標準：(1)良好的睡眠質(zhì)量和良好的睡眠開始和/或維持，匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)(Pittsburgh sleep quality index，PSQI)低于5分；(2)本研究前至少2個星期未服用任何興奮劑、藥物、香煙、酒精或咖啡；(3)愛丁堡利手量表測量的右手性；(4)裸視或矯正視力正常；(5)性別不限，年齡≥18歲且愿意參加本研究，并簽署知情同意書。排除標準同非器質(zhì)性失眠癥組。本研究方案經(jīng)蚌埠醫(yī)學院倫理委員會批準審核(倫科批字[2022]第336號)。所有受試者自愿參加本研究，并簽署知情同意書。2組受試者性別、年齡均有可比性。

1.2 方法

1.2.1 神經(jīng)心理學評估 所有受試者均需要進行神經(jīng)心理學評估，從主觀上了解受試者睡眠情況和心理健康程度，包括PSQI、漢密爾頓焦慮量表(Hamilton anxiety scale，HAMA)、漢密爾頓抑郁量表(Hamilton depression scale，HAMD)。PSQI包括主觀睡眠質(zhì)量、睡眠潛伏期、睡眠時間、習慣睡眠效率、睡眠紊亂累加問題、催眠藥物、日間功能障礙七個成份(18個條目)，每個成份按0～3等級計分，累計各成份得分為PSQI總分，總分為0～21分，得分越高表示睡眠質(zhì)量越差；HAMA包括14個成份，每個成份按0～4等級計分，總分56分，得分越高表示焦慮程度越高；HAMD包括17個成份，每個成份按照0～2、0～4等級計分，總分58分，得分越高表示抑郁程度越嚴重。

1.2.2 事件相關(guān)電位(event-related potential，ERP)數(shù)據(jù)采集 采用E-prime 2.0軟件編寫N-back任務(wù)，任務(wù)難度(N值)為0～2。在本任務(wù)中，電腦顯示屏中央隨機呈現(xiàn)1個介于0～9的數(shù)字，要求被試判斷當前呈現(xiàn)的數(shù)字與n個之前呈現(xiàn)的數(shù)字是否相同(如：N=0時，即0-back任務(wù)中，被試需判斷當前數(shù)字是否等于“3”)，并使用鍵盤“F”鍵(代表是)，和鍵盤“J”鍵(代表否)作出反應(yīng)，所有刺激大小均相等，刺激為白色，背景為黑色。當前數(shù)字呈現(xiàn)的時間為1 000 ms，隨即呈現(xiàn)“+”注視點，時間為1 000 ms，按照固定刺激間隔呈現(xiàn)下一個數(shù)字，一個難度系數(shù)的測試總計為75次。受試者測試各難度水平的N-back任務(wù)的數(shù)字順序是以偽隨機的概率交叉出現(xiàn)，每一難度水平的N-back任務(wù)時間約為3 min，任務(wù)間隙受試者可決定是否短暫休息，以避免精神疲勞。

本實驗在隔音、弱光、室溫20～25 ℃的實驗室中進行。首先要求受試者確保頭發(fā)清潔，參照國際10/20系統(tǒng)安置法佩戴腦電極帽。本研究腦電數(shù)據(jù)通過EGI腦電設(shè)備(USA)和國際10-20系統(tǒng)擴展的128導(dǎo)HydroCel高密度網(wǎng)狀電極帽采集記錄。所有電極點阻抗均<50 kΩ，采樣率為1 000 Hz。在線參考為Cz，離線分析轉(zhuǎn)為平均參考。在正式采集腦電數(shù)據(jù)之前，要求受試者自然放松與舒適座椅上。在采集過程中，要求受試者保持平靜，面部肌肉放松，避免晃動頭部、眼球漂移、咀嚼、吞咽、睡覺等動作的發(fā)生，僅按主試者指令進行操作。

1.2.3 ERP處理 任務(wù)態(tài)腦電數(shù)據(jù)于Net Station中Waveform Tools進行ERP分析。對采集的腦電數(shù)據(jù)依次予以濾波、分段、偽跡處理、壞通道替換、平均參考、基線校正、轉(zhuǎn)換參考等。其中帶通濾波參數(shù)為0.1～30 Hz；根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的mark將事件分段，截取刺激前100 ms到刺激后1 000 ms，且將標準刺激和目標刺激分開，其中以刺激前100 ms作為基線校正；偽跡處理主要去除壞電極、眨眼和眼動，每640 ms時間窗中，最大值和最小值差值>640 μV視為壞通道，>140 μV視為眨眼，>55 μV的視為眼動；采用全腦平均參考；根據(jù)臨床上試驗上已有的ERP成分分析，選擇提取Fz、Cz、Pz的P3的振幅和潛伏期，P3成分的時間窗為刺激呈現(xiàn)后250～500 ms[8]。

1.2.4 溯源分析 溯源分析數(shù)據(jù)在Net Station中的GeoSource工具欄中進行。建立以AC-PC中點為原點的三維立體坐標系，獲得大腦冠狀面圖像上頂內(nèi)溝的三維立體坐標值，以標準化低分辨率腦電磁斷層掃描方法進行溯源定位，對2組受試者溯源特征屬性進行分析對比。主要提取激活區(qū)域強度、三維坐標點、Brodmann腦區(qū)等。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用t檢驗、秩和檢驗和Fisher′s確切概率法。

2 結(jié)果

2.1 2組神經(jīng)心理學評估結(jié)果及行為學數(shù)據(jù)比較 非器質(zhì)性失眠癥組PSQI總分及其各個組成部分評分、HAMA評分、HAMD評分均高于健康對照組(P<0.05～P<0.01)(見表1)。2組在0-back、1-back任務(wù)中的正確率、反應(yīng)時間差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，2組在2-back任務(wù)中的正確率、反應(yīng)時間差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)(見表2)。

表1 2組神經(jīng)心理學評估結(jié)果比較分)

表2 2組行為學數(shù)據(jù)結(jié)果比較

2.2 2組ERP數(shù)據(jù)結(jié)果比較 非器質(zhì)性失眠癥組在0-back任務(wù)中Fz點、1-back任務(wù)中Fz點的P300振幅均低于健康對照組(P<0.05和P<0.01)(見表3)。非器質(zhì)性失眠癥組在2-back任務(wù)中Fz、Cz、Pz點的P300潛伏期均長于健康對照組(P<0.05)(見表4)。

表3 2組P300振幅比較

2.3 2組溯源分析數(shù)據(jù)結(jié)果比較 任務(wù)態(tài)溯源腦區(qū)主要集中在額葉部分，非器質(zhì)性失眠癥組激活區(qū)域較為分散，且在0-back和2-back中激活區(qū)域電流強度明顯低于健康對照組(P<0.01)(見圖1、表5)。

表4 2組P300潛伏期比較

表5 2組溯源激活區(qū)域電流強度比較[M(P25，P75)；nA]

3 討論

非器質(zhì)性失眠癥是以情緒為原發(fā)病因或主要誘因的一種失眠癥亞型，其表現(xiàn)主要有入睡困難，或夜間經(jīng)常醒來，難以維持睡眠，或睡眠治療差，常常對日間功能帶來顯著的負面影響。

工作記憶是人類認知的核心，是對信息進行短暫儲存和操控的系統(tǒng)，在執(zhí)行控制、記憶方面起著關(guān)鍵的作用，且相關(guān)研究表明，失眠會引起大腦功能的改變，影響病人工作記憶的能力，是當前國際上認知心理學和認知神經(jīng)科學領(lǐng)域中最活躍的研究熱點之一，可以在一定程度上反映大腦處理、控制的能力[9]，而ERP中的P300成分恰好代表高級認知水平的信息處理，如注意力、控制力、理解和判斷等，其振幅反映執(zhí)行任務(wù)過程中大腦資源的分配，潛伏期則反映了大腦對刺激進行評估、決策的耗時[10]。DRUMMOND等[11]通過MRI觀察在工作記憶期間原發(fā)性失眠病人的大腦區(qū)域激活情況，并提出失眠癥受試者顯示出與任務(wù)相關(guān)的工作記憶區(qū)域的激活減少。由于神經(jīng)影像學技術(shù)受到它們所測定的皮質(zhì)關(guān)系的相關(guān)性的限制[12]，尚不能準確把握外界刺激時同步誘發(fā)的大腦皮層神經(jīng)元活動，目前對于區(qū)域間的功能連接還在探索中，因此任務(wù)態(tài)EEG提供了克服這一局限的有效方法，直接評估大腦執(zhí)行任務(wù)時，信號在時間和空間上向解剖學和功能連接的大腦區(qū)域的傳播。本研究結(jié)果顯示，隨著工作記憶任務(wù)負荷的增加，所有受試者的行為學數(shù)據(jù)中正確率下降，反應(yīng)時間增加，ERP成分中P300振幅增加、潛伏期延長，但相較于健康對照組，非器質(zhì)性失眠癥組改變幅度略?。唤M間比較結(jié)果中也顯示，非器質(zhì)性失眠癥組在0-back和1-back任務(wù)中Fz點的波幅、2-back任務(wù)中 Fz、Cz、Pz的潛伏期均顯示有統(tǒng)計學差異。由此可以證明長時間睡眠不佳在一定程度上會對大腦執(zhí)行任務(wù)上產(chǎn)生顯著的負面影響，若失眠狀況持續(xù)未得到改善，可能會帶來更加嚴重的影響。

在全球關(guān)注“腦計劃”的時代大背景下，人腦是一個大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，其功能依賴于空間分布區(qū)域之間的動態(tài)連接作用。腦電圖記錄的是大腦皮層的神經(jīng)元集群突觸后電位的電勢，關(guān)鍵特征是具有高時間分辨率，腦電溯源定位即為腦電的逆向分析，根據(jù)頭皮各個電極的時域信號，反演估計腦內(nèi)神經(jīng)活動源的位置、方向和強度信息，從而實現(xiàn)事件相關(guān)電位的源定位和某些頻段腦電功率的源定位[13-14]。在臨床應(yīng)用中，對大腦活動源的無創(chuàng)定位可用于診斷與大腦相關(guān)的病理、生理、心理和功能異常，非常適合任務(wù)中大腦活動的評估[15]。通過溯源分析，可以準確的掌握執(zhí)行任務(wù)時在大腦皮層的傳播特征，估算失眠癥病人腦功能異常的信號源定位，并且結(jié)合大腦Brodmann分區(qū)，本研究對受試者進行任務(wù)態(tài)P300溯源分析發(fā)現(xiàn)健康對照組在執(zhí)行工作記憶任務(wù)中，激活腦區(qū)主要分布于額葉，多為Brodmann分區(qū)中的11，且激活區(qū)域的電流較大，在0-back和2-back任務(wù)中中明顯高于非器質(zhì)性失眠癥組。而非器質(zhì)性失眠癥組在執(zhí)行任務(wù)時激活區(qū)域較為分散，這可能與執(zhí)行工作記憶任務(wù)時投入的精力、注意力有密切關(guān)系。

目前國內(nèi)外對失眠癥的熱點研究以采用fMRI、PET等影像學技術(shù)為多數(shù)[16-17]，雖然fMRI、PET的具有高空間分辨率，卻暫不能在時間軸線縱斷面上探討失眠癥病人腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、腦區(qū)關(guān)聯(lián)性、可塑性的科學機制，本研究在任務(wù)態(tài)背景下，以毫秒級別的高時間分辨率上分析ERP特征和腦功能區(qū)之間的差異，補充時間層面研究的空缺，為以后從時間和空間雙重層面探討非器質(zhì)性失眠癥的腦機制、神經(jīng)電生理研究及多模態(tài)影像學融合，完成動態(tài)特性分析，進一步預(yù)防和治療失眠癥病人伴隨的執(zhí)行功能障礙、認知障礙等提供有力的指導(dǎo)依據(jù)，實現(xiàn)精準評估、精準治療、精準康復(fù)，具有前瞻性。

綜上所述，非器質(zhì)性失眠癥ERP特征及溯源腦區(qū)方面存在一定的差異，有望成為非器質(zhì)性失眠癥者，甚至其他睡眠障礙的評估的客觀手段，目前需繼續(xù)擴大樣本，增加結(jié)果的可信度。