黃瑛，孫喜蓉，金瑩，龔恒芬

·學(xué)術(shù)交流·

精神分裂癥患者腦電信號(hào)非線性動(dòng)力學(xué)特征的研究

黃瑛，孫喜蓉，金瑩，龔恒芬

目的：探討精神分裂癥患者腦電信號(hào)特征非線性動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)。方法：40例精神分裂癥患者(病例組)利培酮治療3個(gè)月；入組時(shí)、治療1個(gè)月及3個(gè)月后分別給予腦電信號(hào)采集，計(jì)算非線性動(dòng)力學(xué)特征關(guān)聯(lián)維數(shù)(D2)、柯?tīng)柲曷宸蜢?K2)和Lempel-Ziv (LZ)復(fù)雜度，并與40名正常對(duì)照者(對(duì)照組)比較。結(jié)果：除個(gè)別導(dǎo)聯(lián)外，病例組入組時(shí)及治療1個(gè)月后，各導(dǎo)聯(lián)電極的D2、K2與對(duì)照組相比顯著較高，LZ復(fù)雜度顯著降低(P均<0.05)；治療3個(gè)月后，除個(gè)別導(dǎo)聯(lián)外其他各導(dǎo)聯(lián)電極上D2、K2與治療前相比顯著降低，LZ復(fù)雜度顯著上升(P均<0.05)，且均與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：精神分裂癥患者腦電信號(hào)活動(dòng)異常，治療一定時(shí)間后其信號(hào)活動(dòng)逐漸趨于正常。

精神分裂癥； 腦電信號(hào)； 非線性動(dòng)力學(xué)

精神分裂癥是常發(fā)生于青壯年人群的一種重型精神疾病，盡早確診并進(jìn)行藥物治療對(duì)于患者康復(fù)并重返社會(huì)具有重要意義。腦電信號(hào)分析是我國(guó)目前精神疾病主要的檢測(cè)手段之一；在傳統(tǒng)時(shí)頻分析基礎(chǔ)上，近年來(lái)運(yùn)用非線性動(dòng)力學(xué)方法研究精神分裂癥患者腦電信號(hào)，并受到領(lǐng)域內(nèi)廣泛關(guān)注[1-5]。其中較經(jīng)典的3個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)特征包括：關(guān)聯(lián)維數(shù)(D2)、柯?tīng)柲曷宸蜢?K2)和Lempel-Ziv (LZ)復(fù)雜度。D2適用于實(shí)驗(yàn)中與其他非線性特征共同使用進(jìn)行參考，受到廣泛認(rèn)可，但是這種算法對(duì)參數(shù)依賴程度高，計(jì)算過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)。K2是非線性動(dòng)力學(xué)中計(jì)算系統(tǒng)不規(guī)則程度熵的算法之一，近年來(lái)在精神分裂癥研究中受到關(guān)注[2]。LZ復(fù)雜度是復(fù)雜度范疇中的代表算法，適合用于分析同時(shí)具有非線性和非平穩(wěn)特征的時(shí)間序列的復(fù)雜度[6]。本研究對(duì)精神分裂癥患者腦電信號(hào)的D2、K2和LZ復(fù)雜度進(jìn)行分析，并與正常人進(jìn)行對(duì)比。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 病例組：為2015年1～12月于我院門診確診并接受住院治療的精神分裂癥患者40例，均符合《國(guó)際疾病分類》第10版(ICD-10)輕、中度精神分裂癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)，陽(yáng)性及陰性癥狀量表總分(112±15)分；其中男22例，女18例；年齡19～45歲，平均(31.0±5.8)歲；病程8～16個(gè)月，平均(11.2±4.1)個(gè)月。根據(jù)中國(guó)人左右利手標(biāo)準(zhǔn)量表[7]選擇的入組者均為右利手，近1個(gè)月內(nèi)未使用過(guò)影響認(rèn)知功能的藥物，無(wú)聽(tīng)力障礙；排除器質(zhì)性、軀體疾病及精神活性物質(zhì)所致精神障礙、器質(zhì)性腦病史及目前有感染癥狀。

對(duì)照組：為同時(shí)選取的健康志愿者40名，男26名，女14名；年齡20～44歲，平均(29±6.9)歲。納入者均為右利手，智力正常；無(wú)器質(zhì)性腦病及頭部外傷史，本人及其一級(jí)親屬中無(wú)精神疾病史；排除酒精依賴和藥物依賴；近期無(wú)遭遇重大生活事件，近1個(gè)月內(nèi)無(wú)服藥史，目前無(wú)感染癥狀。

兩組間性別、年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所有入組者本人或法定監(jiān)護(hù)人對(duì)本研究知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法 入組后，給予病例組患者利培酮單藥治療，起始劑量為1 mg/d，1周內(nèi)加量至2～4 mg/d，第2周內(nèi)可逐漸加量至4～6 mg/d，此后根據(jù)個(gè)人情況維持或調(diào)整。

使用KT88-2400數(shù)字腦電信號(hào)采集儀(使用儀器及配套電極、電極膏均由秦皇島市康泰醫(yī)學(xué)系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)，24導(dǎo)，型號(hào)KT88-2400)在兩組入組時(shí)及病例組治療后第1、3個(gè)月末進(jìn)行腦電信號(hào)采集(包括患者精確的測(cè)量腦電波周期、波幅、頻率)。按照儀器使用說(shuō)明書進(jìn)行操作，采樣頻率設(shè)為200 Hz，使用10/20腦電記錄國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行16導(dǎo)聯(lián)腦電信號(hào)記錄，以左右耳垂作為無(wú)關(guān)參考電極。采集時(shí)，外界環(huán)境保持安靜，研究對(duì)象保持靜止。非線性動(dòng)力學(xué)特征提取使用濾波器對(duì)采集到的腦前置濾波電路去噪后，初步識(shí)別噪聲較大波形并予以排除，對(duì)進(jìn)行了數(shù)據(jù)合理性檢查的數(shù)據(jù)段進(jìn)行2～35 Hz的帶通濾波，再次運(yùn)用小波變換方法去除噪聲，從而獲得純凈信號(hào)。根據(jù)操作指南，每個(gè)研究對(duì)象采集時(shí)間為1 min，隨機(jī)截取其中25 s的有效數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件進(jìn)行D2、K2和LZ復(fù)雜度計(jì)算[8]。D2是描述混沌自由度信息的參數(shù)，反映了動(dòng)力學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性；K2是描述信號(hào)復(fù)雜性和規(guī)律性的方法，它通過(guò)對(duì)以前數(shù)值的了解，來(lái)量化未來(lái)數(shù)值可預(yù)測(cè)性；LZ復(fù)雜度表明用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述腦電信號(hào)的長(zhǎng)度；所用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言越長(zhǎng)，其復(fù)雜度越高。

使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件；正態(tài)分布的計(jì)量資料組間的比較采用t檢驗(yàn)和配對(duì)t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 兩組腦電信號(hào)D2比較 除頂枕部外，其他各導(dǎo)聯(lián)病例組入組時(shí)及治療1個(gè)月與對(duì)照組相比D2顯著較高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；病例組治療3個(gè)月末與入組時(shí)相比D2顯著下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，且與對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表1。

2.2 兩組腦電信號(hào)K2比較 除右前額和右枕部外，其他各導(dǎo)聯(lián)病例組入組時(shí)及治療1個(gè)月末與對(duì)照組相比K2顯著較高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；病例組治療3個(gè)月末與入組時(shí)相比K2顯著下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，且與對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表2。

2.3 兩組腦電信號(hào)LZ復(fù)雜度比較 各導(dǎo)聯(lián)病例組入組時(shí)及治療1個(gè)月末與對(duì)照組相比LZ復(fù)雜度顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；病例組治療3個(gè)月末與入組時(shí)相比復(fù)雜度顯著上升，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；且與對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表3。

表1 兩組腦電信號(hào)D2比較

注：與入組時(shí)比較，*P<0.05;與對(duì)照組比較，△P<0.05

表2 兩組腦電信號(hào)K2比較

注：與入組前比較，*P<0.05;與對(duì)照組比較，△P<0.05

表3 兩組腦電信號(hào)LZ復(fù)雜度比較

注：與入組前比較，*P<0.05;與對(duì)照組相比，△P<0.05

3 討論

精神分裂癥是臨床上的一種重型精神疾病，盡早確診并在早期迅速開展治療能夠極大程度減輕患者痛苦，并改善患者生活質(zhì)量。以往臨床上對(duì)于此類患者的確診，往往通過(guò)臨床表現(xiàn)或相關(guān)量表進(jìn)行判斷，受患者主觀影響較大。此外，此類疾病還具有隱匿性，某些患者并未表現(xiàn)出明顯的臨床癥狀及體征，有可能造成漏診，影響對(duì)疾病的早發(fā)現(xiàn)和早治療。近年來(lái)，隨著非線性動(dòng)力學(xué)方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，通過(guò)研究精神分裂癥患者腦電信號(hào)以輔助確診，也越來(lái)越受到醫(yī)學(xué)界的關(guān)注。

本研究采用了較經(jīng)典的3個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)特征——D2、K2和LZ復(fù)雜度對(duì)精神分裂癥患者治療前后變化進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，除個(gè)別導(dǎo)聯(lián)外，在各導(dǎo)聯(lián)電極上病例組入組時(shí)及治療1個(gè)月后，其D2、K2與對(duì)照組相比均顯著增高，LZ復(fù)雜度顯著降低(P均< 0.05)。經(jīng)過(guò)3個(gè)月治療后，與入組時(shí)相比，除個(gè)別導(dǎo)聯(lián)外其他各導(dǎo)聯(lián)電極上D2、K2顯著降低，LZ復(fù)雜度顯著上升(P均<0.05)，且與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由于單純型精神分裂癥的癥狀是由于大腦皮質(zhì)及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的異常引起，而腦電信號(hào)能夠較為準(zhǔn)確反映大腦生物電活動(dòng)的變化，認(rèn)識(shí)并監(jiān)測(cè)疾病的進(jìn)展。此類患者腦電圖的改變?cè)诖竽X額部廣泛存在，然后是顳部、中央?yún)^(qū)及枕部[9]。腦電波表現(xiàn)為患者額葉活動(dòng)度低下，代謝功能減低，表現(xiàn)為D2、K2與正常者相比均顯著較高，LZ復(fù)雜度顯著較低。由于藥物治療此類疾病短期內(nèi)效果尚不明顯，故治療1個(gè)月時(shí)，這些指標(biāo)的改變并不明顯，即無(wú)法糾正患者病情，D2和K2仍較低，LZ復(fù)雜度仍較高。當(dāng)治療3個(gè)月后，患者D2、K2和LZ復(fù)雜度均趨于正常，即D2和K2上升，LZ復(fù)雜度下降，可能是因?yàn)槔嗤哂懈纳苹颊哒J(rèn)知和語(yǔ)言的作用[10]。

此外，以往多數(shù)研究[11-13]表明，非線性動(dòng)力學(xué)分析方法能夠較好的區(qū)分精神分裂癥患者和正常人的腦電信號(hào)；本研究進(jìn)一步驗(yàn)證了其可行性，這對(duì)于將非線性方法應(yīng)用于臨床診斷和療效檢測(cè)提供了基礎(chǔ)。但其計(jì)算過(guò)程中二值粗?；嬖谛畔p失的可能性[14]，因此將其應(yīng)用于精神分裂癥腦電信號(hào)處理中避免非線性復(fù)雜度分析中的信息損失仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，精神分裂患者腦電信號(hào)活動(dòng)異常，治療一定時(shí)間后其信號(hào)活動(dòng)逐漸趨于正常。采用非線性動(dòng)力學(xué)分析方法有助于區(qū)分精神分裂癥患者和正常人的腦電信號(hào)，可能有助于精神分裂癥的臨床診斷和檢測(cè)治療效果。

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Thecharicteristicsofnonlineardynamicofbrainelectricalsignalinpatientswithschizophrenia

HUANGYing,SUNXi-rong,JINYing,GONGHeng-fen.

ShanghaiPudongMentalHealthCenter,Shanghai200124,China

Objective：To explore the charicteristics of nonlinear dynamic of brain electrical signal in patients with schizophrenia.Method：Forty patients with schizophrenia were selected as the case group,and another forty healthy people as the control group.All the patient were treated with risperidone for 3 months.Their brain electrical signals were collected before and at the 1st and 3rd month after the treatment.The correlation dimension (D2) of nonlinear dynamic characteristics,Kolmogorov entropy (K2) and Lempel-Ziv complexity (LZ complexity) were calulated and compared with the control group.Results：Excepting for some electrodes,D2 and K2 of the other lead electrodes in the case group were significantly higher than in the control group,while the LZ complexity was significantly lower than the control group,before and at the 1st month after the treatment(allP<0.05).At the 3rd month after the treatment,excepting for some electrodes,D2 and K2 of the other lead electrodes in the case group were significantly lower，and the LZ complexity increased than before(allP<0.05).And all the three indicates were not different from the control group.Conclusion：The characteristics of nonlinear dynamic in patients with schizophrenia are innormal,and can be changed to normal gradually after treatment.

schizophrenia; brain electrical signal; nonlinear dynamics

上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)優(yōu)秀青年醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)計(jì)劃(PWRq2014-29)

200124 上海市浦東新區(qū)精神衛(wèi)生中心

黃瑛，E-Mail： huangjiels1980@163.com

R749.3

: A

: 1005-3220(2017)04-0253-04

2016-09-06

2017-03-23)