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(duì)人類的注意力控制、警覺性、腦力負(fù)荷狀態(tài)等帶來顯著的負(fù)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(xiǎn)因素[2-3]，嚴(yán)重降低生活質(zhì)量、工作效率，損害社會(huì)功能，甚至導(dǎo)致惡性意外事故的發(fā)生，是一個(gè)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(yán)格基于主觀報(bào)告，缺乏客觀便捷的評(píng)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(zhǔn)確判斷和分析人類睡眠狀態(tài)[5-6]，暫時(shí)臨床上公認(rèn)多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(cè)(polysomnography，PSG)是監(jiān)測(cè)睡眠的金標(biāo)準(zhǔn)[4]。但是由于主觀報(bào)告的不準(zhǔn)確性、PSG的復(fù)雜不便性，急需探求一種更為便捷客觀的評(píng)估手段來豐富對(duì)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(zhǔn)確的評(píng)估方法和日后睡眠障礙精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 非器質(zhì)性失眠組：招募蚌埠醫(yī)學(xué)院2022年1-6月的非器質(zhì)性失眠癥在校大學(xué)生10例，其中男5例，女5例，年齡18～30歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：(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(yùn)動(dòng)障礙或其他精神障礙；(3)愛丁堡利手量表測(cè)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(biāo)準(zhǔn)：(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(yán)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??；(4)1個(gè)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(duì)照組：與非器質(zhì)性失眠癥組同期招募的健康在校大學(xué)生10名，其中男3名，女7名，年齡18～30歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：(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(gè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)同非器質(zhì)性失眠癥組。本研究方案經(jīng)蚌埠醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)審核(倫科批字[2022]第336號(hào))。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(xué)評(píng)估 所有受試者均需要進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)評(píng)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(shí)間、習(xí)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(gè)成份(18個(gè)條目)，每個(gè)成份按0～3等級(jí)計(jì)分，累計(jì)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(gè)成份，每個(gè)成份按0～4等級(jí)計(jì)分，總分56分，得分越高表示焦慮程度越高；HAMD包括17個(gè)成份，每個(gè)成份按照0～2、0～4等級(jí)計(jì)分，總分58分，得分越高表示抑郁程度越嚴(yán)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(jī)呈現(xiàn)1個(gè)介于0～9的數(shù)字，要求被試判斷當(dāng)前呈現(xiàn)的數(shù)字與n個(gè)之前呈現(xiàn)的數(shù)字是否相同(如：N=0時(shí)，即0-back任務(wù)中，被試需判斷當(dāng)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(dāng)前數(shù)字呈現(xiàn)的時(shí)間為1 000 ms，隨即呈現(xiàn)“+”注視點(diǎn)，時(shí)間為1 000 ms，按照固定刺激間隔呈現(xiàn)下一個(gè)數(shù)字，一個(gè)難度系數(shù)的測(cè)試總計(jì)為75次。受試者測(cè)試各難度水平的N-back任務(wù)的數(shù)字順序是以偽隨機(jī)的概率交叉出現(xiàn)，每一難度水平的N-back任務(wù)時(shí)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(shí)驗(yàn)在隔音、弱光、室溫20～25 ℃的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)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(kuò)展的128導(dǎo)HydroCel高密度網(wǎng)狀電極帽采集記錄。所有電極點(diǎn)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(dòng)頭部、眼球漂移、咀嚼、吞咽、睡覺等動(dòng)作的發(fā)生，僅按主試者指令進(jìn)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(jìn)行ERP分析。對(duì)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(biāo)準(zhǔn)刺激和目標(biāo)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(dòng)，每640 ms時(shí)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(dòng)；采用全腦平均參考；根據(jù)臨床上試驗(yàn)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(shí)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(jìn)行。建立以AC-PC中點(diǎn)為原點(diǎn)的三維立體坐標(biāo)系，獲得大腦冠狀面圖像上頂內(nèi)溝的三維立體坐標(biāo)值，以標(biāo)準(zhǔn)化低分辨率腦電磁斷層掃描方法進(jìn)行溯源定位，對(duì)2組受試者溯源特征屬性進(jìn)行分析對(duì)比。主要提取激活區(qū)域強(qiáng)度、三維坐標(biāo)點(diǎn)、Brodmann腦區(qū)等。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用t檢驗(yàn)、秩和檢驗(yàn)和Fisher′s確切概率法。

2 結(jié)果

2.1 2組神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估結(jié)果及行為學(xué)數(shù)據(jù)比較 非器質(zhì)性失眠癥組PSQI總分及其各個(gè)組成部分評(píng)分、HAMA評(píng)分、HAMD評(píng)分均高于健康對(duì)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(shí)間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，2組在2-back任務(wù)中的正確率、反應(yīng)時(shí)間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(見表2)。

表1 2組神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估結(jié)果比較分)

表2 2組行為學(xué)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(diǎn)、1-back任務(wù)中Fz點(diǎn)的P300振幅均低于健康對(duì)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(diǎn)的P300潛伏期均長于健康對(duì)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(qiáng)度明顯低于健康對(duì)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(qiáng)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(duì)日間功能帶來顯著的負(fù)面影響。

工作記憶是人類認(rèn)知的核心，是對(duì)信息進(jìn)行短暫儲(chǔ)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(huì)引起大腦功能的改變，影響病人工作記憶的能力，是當(dāng)前國際上認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的研究熱點(diǎn)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(jí)認(rèn)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(duì)刺激進(jìn)行評(píng)估、決策的耗時(shí)[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(xué)技術(shù)受到它們所測(cè)定的皮質(zhì)關(guān)系的相關(guān)性的限制[12]，尚不能準(zhǔn)確把握外界刺激時(shí)同步誘發(fā)的大腦皮層神經(jīng)元活動(dòng)，目前對(duì)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(píng)估大腦執(zhí)行任務(wù)時(shí)，信號(hào)在時(shí)間和空間上向解剖學(xué)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(fù)荷的增加，所有受試者的行為學(xué)數(shù)據(jù)中正確率下降，反應(yīng)時(shí)間增加，ERP成分中P300振幅增加、潛伏期延長，但相較于健康對(duì)照組，非器質(zhì)性失眠癥組改變幅度略??；組間比較結(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(diǎn)的波幅、2-back任務(wù)中 Fz、Cz、Pz的潛伏期均顯示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。由此可以證明長時(shí)間睡眠不佳在一定程度上會(huì)對(duì)大腦執(zhí)行任務(wù)上產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，若失眠狀況持續(xù)未得到改善，可能會(huì)帶來更加嚴(yán)重的影響。

在全球關(guān)注“腦計(jì)劃”的時(shí)代大背景下，人腦是一個(gè)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(dòng)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(shì)，關(guān)鍵特征是具有高時(shí)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(gè)電極的時(shí)域信號(hào)，反演估計(jì)腦內(nèi)神經(jīng)活動(dòng)源的位置、方向和強(qiáng)度信息，從而實(shí)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(duì)大腦活動(dòng)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(dòng)的評(píng)估[15]。通過溯源分析，可以準(zhǔn)確的掌握?qǐng)?zhí)行任務(wù)時(shí)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(hào)源定位，并且結(jié)合大腦Brodmann分區(qū)，本研究對(duì)受試者進(jìn)行任務(wù)態(tài)P300溯源分析發(fā)現(xiàn)健康對(duì)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(shí)激活區(qū)域較為分散，這可能與執(zhí)行工作記憶任務(wù)時(shí)投入的精力、注意力有密切關(guān)系。

目前國內(nèi)外對(duì)失眠癥的熱點(diǎn)研究以采用fMRI、PET等影像學(xué)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(shí)間軸線縱斷面上探討失眠癥病人腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、腦區(qū)關(guān)聯(lián)性、可塑性的科學(xué)機(jī)制，本研究在任務(wù)態(tài)背景下，以毫秒級(jí)別的高時(shí)間分辨率上分析ERP特征和腦功能區(qū)之間的差異，補(bǔ)充時(shí)間層面研究的空缺，為以后從時(shí)間和空間雙重層面探討非器質(zhì)性失眠癥的腦機(jī)制、神經(jīng)電生理研究及多模態(tài)影像學(xué)融合，完成動(dòng)態(tài)特性分析，進(jìn)一步預(yù)防和治療失眠癥病人伴隨的執(zhí)行功能障礙、認(rèn)知障礙等提供有力的指導(dǎo)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)估、精準(zhǔn)治療、精準(zhǔn)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(píng)估的客觀手段，目前需繼續(xù)擴(kuò)大樣本，增加結(jié)果的可信度。