馮廷煒，任 壘，毋 琳，李丹陽，楊 偉，張 鵬，王步遙，王 卉，劉旭峰

(1空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事醫(yī)學(xué)心理學(xué)系基礎(chǔ)心理學(xué)教研室，陜西 西安 710032；2新疆師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；3西京學(xué)院心理咨詢中心，陜西 西安 710123；4北京中醫(yī)藥大學(xué)東方學(xué)院心理咨詢中心，河北 廊坊 061199)

焦慮障礙是最常見的精神疾病[1]，其核心特征是病理性焦慮，即脫離現(xiàn)實(shí)依據(jù)的持續(xù)不可控的緊張不安[2]。在我國，焦慮障礙年患病率為24.47‰，終身患病率為41.12‰[3]。世界衛(wèi)生組織在28個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行的流行病學(xué)調(diào)查顯示，世界范圍內(nèi)焦慮障礙的終身患病率為13.6%～28.8%，年患病率為5.6%～19.3%[4]。且焦慮癥高比例的損傷和殘疾有關(guān)[5]。即使接受系統(tǒng)性的藥物治療，焦慮障礙患者仍然具有較高的復(fù)發(fā)率，給社會(huì)帶來沉重負(fù)擔(dān)[6]。

腦電(electroencephalogram，EEG)技術(shù)是從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)角度研究焦慮障礙的有效工具，在諸多EEG相關(guān)研究中，不同頻段與焦慮障礙具有一定程度的相關(guān)性[7]。不同研究結(jié)果差異較大，但均提示存在與焦慮障礙具有相關(guān)性的特征性頻段。在delta頻段，一系列研究證實(shí)delta和beta頻段之間的跨頻段相關(guān)與焦慮障礙有關(guān)[8]。在theta頻段，XING等[9]研究表明，焦慮患者組在靜息態(tài)任務(wù)中頭皮中央線theta頻段的振蕩相干性增強(qiáng)。IMPERATORI等[10]研究表明，高特質(zhì)焦慮者表現(xiàn)出theta和beta連通性降低。HRUBY等[11]研究表明，在年輕女性中，alpha頻段的額葉不對(duì)稱與焦慮風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。特質(zhì)焦慮人群也與alpha頻段具有一定相關(guān)性[12]。KNYAZEV等[13]研究表明，在靜息態(tài)EEG研究中，特質(zhì)焦慮人群在alpha波范圍內(nèi)具有更高的功率，同時(shí)在alpha頻段具有明顯的波峰。WARD等[14]研究表明，特質(zhì)焦慮人群相較于正常對(duì)照，由靜息態(tài)轉(zhuǎn)為 Eriksen 側(cè)翼任務(wù)時(shí)出現(xiàn)了alpha波段的去同步化，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在beta頻段，JANG等[15]研究指出，beta頻段的增強(qiáng)與焦慮癥狀有一定相關(guān)性。OATHES等[16]研究表明，在gamma頻段范圍內(nèi)，焦慮障礙患者組與對(duì)照組之間在頂葉及左顳葉處差異顯著。綜上所述，焦慮障礙相關(guān)的EEG研究間存在一定差異性，現(xiàn)有研究對(duì)于頻段選擇與指標(biāo)提取的指導(dǎo)價(jià)值有限。當(dāng)下EEG頻段研究缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，研究結(jié)果的可重復(fù)性及穩(wěn)定性是需要被關(guān)注的問題[17]。

軍人心理選拔是軍事心理學(xué)研究的核心問題。我軍目前使用的征兵心理檢測(cè)系統(tǒng)在兵員精神疾病識(shí)別上取得了很好效果，但近年來，入伍新兵中無精神病卻有異常心理癥狀的比例大幅增加。為了應(yīng)對(duì)這一新狀況，本研究在被試作答問卷的同時(shí)，旨在只通過一次問卷施測(cè)，同時(shí)得到針對(duì)同一被試的主觀問卷行為學(xué)指標(biāo)及客觀問卷作答態(tài)、睜眼閉眼時(shí)的EEG指標(biāo)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)提高人群分類研究鑒別能力，探索焦慮障礙高危人群在進(jìn)行自陳式問卷作答時(shí)的EEG特征，以期為心理篩查與心理評(píng)估提供客觀證據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

招募解放軍總醫(yī)院醫(yī)學(xué)心理科、聯(lián)勤保障部隊(duì)第九二三醫(yī)院焦慮障礙患者人群參與研究，同時(shí)向社會(huì)、學(xué)校招募健康正常人作為正常對(duì)照組。共采集到54份EEG數(shù)據(jù)，其中焦慮障礙組24人，正常組30人。本研究通過空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院臨床試驗(yàn)倫理委員會(huì)審核(許可證號(hào)：KY20182047-F-1)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

入組初篩：①精神病前驅(qū)期問卷(Prodromal Questionnaire-16，PQ-16)得分在正常范圍內(nèi)，無精神病性癥狀；②長谷川智能量表報(bào)告智力正常；③色覺初步篩查報(bào)告無色覺、色弱等病理現(xiàn)象；④中國人利手量表報(bào)告為右利手；⑤狀態(tài)特質(zhì)焦慮預(yù)測(cè)量表(State-Trait Anxiety Inventory，STAI)對(duì)兩組人群進(jìn)行焦慮預(yù)評(píng)分。在上述五項(xiàng)基礎(chǔ)上，焦慮障礙組加做焦慮自評(píng)量表(Self-Rating Anxiety Scale，SAS)和抑郁自評(píng)量表(Self-Rating Depression Scale，SDS)，并輔助臨床醫(yī)生進(jìn)行評(píng)估。在上述七項(xiàng)基礎(chǔ)上，正常組加做癥狀自評(píng)量表(Symptom Checklist 90，SCL-90)排除基本心理病理狀況。

STAI有40個(gè)條目，反映人格焦慮傾向。本研究使用劃界分?jǐn)?shù)的制定基于STAI的美國正常成人常模結(jié)果，分別為特質(zhì)焦慮維度男性>53分、女性>55分。STAI可同時(shí)測(cè)定情景相關(guān)焦慮及特質(zhì)焦慮。

焦慮障礙組納入標(biāo)準(zhǔn)：①16～65歲；②經(jīng)兩名高年資主治以上級(jí)別醫(yī)生診斷，符合《精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》(第五版)焦慮障礙譜系疾病的診斷標(biāo)準(zhǔn)；③右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重軀體疾病或乙醇等物質(zhì)濫用史；②精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；③試驗(yàn)前3個(gè)月內(nèi)接受過電休克治療；④頭部創(chuàng)傷史；⑤色盲及色弱者；⑥智力障礙者。

正常組納入標(biāo)準(zhǔn)：①16～65歲；②SAS得分<50分；③SDS得分<50分；④SCL-90總分<160分；⑤PQ-16條目分<7分，痛苦分<8分；⑥右利手；⑦特質(zhì)焦慮維度男性<53分、女性<55分。

1.3 方法

問卷EEG同步施測(cè)：被試簽署知情同意書，清潔頭皮，坐于實(shí)驗(yàn)電腦前，顯示器為17英寸LCD屏幕，屏幕距離約為70 cm，刷新率為60 Hz。在采集電腦上運(yùn)行Neuroscan Scan 4.5系統(tǒng)記錄EEG信號(hào)。實(shí)驗(yàn)人員對(duì)被試進(jìn)行宣教后，被試根據(jù)實(shí)驗(yàn)提示先進(jìn)行睜眼閉眼各5 min采集。然后被試用E-Prime 3.0程序作答焦慮狀態(tài)-特質(zhì)問卷，第1至40條目順序出現(xiàn)，每題之間以500 ms加號(hào)間隔，要求被試按“1”鍵進(jìn)行“是”，“2”鍵進(jìn)行“否”作答，每項(xiàng)條目作答時(shí)間不限，被試選擇后題目立刻消失。

EEG設(shè)備采用NeuroScan SynAmps2放大器及采集系統(tǒng)，并應(yīng)用NeuroScan 32導(dǎo)聯(lián)的Ag/AgCI電極帽進(jìn)行EEG信號(hào)記錄。本研究使用國際標(biāo)準(zhǔn)10-20系統(tǒng)進(jìn)行電極定位，其中兩個(gè)電極分別記錄水平眼電(horizontal electro oculogram，HEOG)和垂直眼電(vertical electro oculogram，VEOG)；VEOG位于左眼上下框1.5 cm，HEOG位于雙眼外側(cè)1 cm處安置電極記錄；兩個(gè)參考電極A1和A2位于雙側(cè)乳突；根據(jù)國際心理生理學(xué)會(huì)和國際臨床神經(jīng)生理學(xué)聯(lián)合會(huì)的指導(dǎo)意見，記錄時(shí)的參考電極為鼻尖處的Ref電極，以前額中央為接地。重參考后的參考電極為雙側(cè)乳突平均；采集電極分別為 FP1、FP2、F3、F4、F7、F8、Fz、FC3、FC4、FT7、FT8、FCz、T3、T4、C7、C8、Cz、CP3、CP4、TP7、TP8、CPz、P3、P4、T5、T6、Pz、O1、O2、Oz、VEOG和HEOG。實(shí)驗(yàn)中各電極處的頭皮阻抗均在5 kΩ以下，采樣率為1 000 Hz。

EEG數(shù)據(jù)處理為離線處理，使用MATLAB/eeglab 12.0.2.6b進(jìn)行分析。預(yù)處理步驟為：導(dǎo)入數(shù)據(jù)，電極定位，剔除無用電極，再重參考，雙側(cè)乳突平均做參考，后濾波(30 Hz低通濾波，高通濾波1 Hz)，消除50 Hz工頻干擾，再做分段(-200 ms，800 ms)后做基線校正，剔除壞段和插值壞導(dǎo)，再做獨(dú)立成分分析：去眼電(VEOG、HEOG)、心電和肌電。最后疊加平均。以 2 s 為一個(gè)時(shí)間單位，將問卷作答狀態(tài)下的腦電數(shù)據(jù)分段；預(yù)處理后的EEG原始信號(hào)采用傅里葉變換進(jìn)行頻域分析，得到腦電各頻帶的功率譜(單位：μV2)。預(yù)處理后，將變換后的各頻率上的EEG功率分為6個(gè)波段：delta(1～3 Hz)、theta(>3～7 Hz)、alpha(>7～12 Hz)、beta[>12～30 Hz，其中beta1(>12～20 Hz)、beta2(>20～30 Hz)]、gamma(>30～40 Hz)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0進(jìn)行分析，資料類型為計(jì)量資料，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)及方差齊性檢驗(yàn)。EEG功率差異分析采用兩組獨(dú)立樣本間的單因素方差分析，若通過方差齊性檢驗(yàn)，經(jīng)Sidak校正后在兩組間進(jìn)行兩兩比較；若未通過方差齊性檢驗(yàn)，經(jīng)DunnettT3校正后在兩組間進(jìn)行兩兩比較。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 頻域分析

2.1.1 問卷作答結(jié)果 EEG包含不同生理意義的特定頻段，不同頻段的特征對(duì)于表征不同大腦活動(dòng)具有十分重要的意義。為了深入了解整體腦區(qū)頻域快速傅里葉變換(fast fourier tansform，F(xiàn)FT)的變化，我們進(jìn)一步平均了6個(gè)頻段，選取了16個(gè)電極(FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6)的FFT值，分別采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖1～2所示。

圖1 兩組人群問卷作答狀態(tài)下誘發(fā)的腦電功率譜在不同頻段電極分布圖(bP<0.01)

圖2 兩組人群各頻段腦電功率譜柱狀圖(bP<0.01)

本研究在問卷作答狀態(tài)下delta頻段差異顯著(T=6.015，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(6.16±0.61)μV2/Hzvs(3.36±0.06)μV2/Hz]；theta頻段差異顯著(T=4.47，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(2.25±0.07)μV2/Hzvs(1.34±0.39)μV2/Hz]；alpha頻段差異顯著(T=7.99，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(2.02±0.45)μV2/Hzvs(0.98±0.02)μV2/Hz]；beta1頻段差異顯著(T=12.58，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(1.14±0.01)μV2/Hzvs(0.50±0.01)μV2/Hz]；beta2頻段差異顯著(T=6.015，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(0.43±0.01)μV2/Hzvs(0.23±0.01)μV2/Hz]；gamma頻段差異顯著(T=7.94，P<0.001)，焦慮障礙組高于正常組[(0.81±0.01)μV2/Hzvs(0.42±0.01)μV2/Hz]。

2.1.2 睜眼結(jié)果 本研究在睜眼狀態(tài)下，焦慮障礙組與正常組全頻段均有顯著性差異(圖3)。delta頻段(T=6.49，P<0.001)；theta頻段(T=2.66，P<0.01)；alpha頻段(T=5.37，P<0.001)；beta1頻段(T=6.87，P<0.001)；beta2頻段(T=6.81，P<0.001)；gamma頻段(T=3.67，P<0.001)。綜上所述，睜眼狀態(tài)全頻段下焦慮障礙組EEG功率譜密度(power spectral density，PSD)均高于正常組。

圖3 兩組人群睜眼狀態(tài)下誘發(fā)的功率譜密度頻域在不同頻段電極分布圖(bP<0.01)

2.1.3 閉眼結(jié)果 本研究在閉眼狀態(tài)下，焦慮障礙組與正常組在beta1、beta2及gamma有顯著性差異。beta1頻段(T=5.71，P<0.001)；beta2頻段(T=8.00，P<0.001)；gamma頻段(T=6.30，P<0.001)。綜上所述，三個(gè)頻段的焦慮障礙組EEG的PSD均高于正常組(圖4)。

圖4 兩組人群閉眼狀態(tài)下誘發(fā)的PSD頻域在不同頻段電極分布圖(bP<0.01)

焦慮障礙組睜眼閉眼狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)theta頻段差異不顯著，其余頻段均顯著：delta頻段(T=4.719，P<0.001)；alpha頻段(T=-11.98，P<0.001)；beta1頻段(T=-3.44，P<0.01)；beta2頻段(T=2.44，P<0.05)；gamma頻段(T=6.62，P<0.001)。以上頻段EEG PSD睜眼狀態(tài)均高于閉眼狀態(tài)。正常組睜眼閉眼狀態(tài)beta2頻段差異不顯著，其余頻段均顯著；delta頻段(T=-9.63，P<0.001)；theta頻段(T=-10.73，P<0.001)；alpha頻段(T=-14.67，P<0.001)；beta1頻段(T=-2.40，P<0.05)；gamma頻段(T=6.42，P<0.001)。以上頻段EEG的PSD睜眼狀態(tài)均高于閉眼狀態(tài)。

對(duì)比兩組人群睜眼閉眼結(jié)果表明，在6個(gè)頻段16個(gè)EEG通道的波幅隨著頻率的增加而減小。然后比較兩種條件的PSD值，我們得到了以下有趣的結(jié)果：問卷作答下隨著頻率的增加，PSD幅值不斷降低。在delta、theta和alpha低頻頻段兩組人群PSD差異顯著，均為焦慮障礙組高于正常組。且兩組人群對(duì)比發(fā)現(xiàn)，只有問卷作答狀態(tài)下焦慮障礙組與正常組會(huì)出現(xiàn)明顯的alpha頻段的睜眼抑制，閉眼PSD會(huì)高于睜眼。

本研究在睜眼狀態(tài)下兩組人群全頻段PSD差異顯著，焦慮障礙組高于正常組；在閉眼狀態(tài)下，僅beta1、beta2及gamma頻段PSD具有顯著差異性，焦慮障礙組高于正常組。說明閉眼狀態(tài)下低頻能夠一定程度調(diào)節(jié)焦慮障礙患者，使得焦慮障礙組與正常組在低頻階段沒有差異，為我們?cè)诮窈蟮呐R床應(yīng)用中提供干預(yù)思路。

2.2 機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果

采用Python 2.0 scikit-learn包的SVM與KNN分類器分別對(duì)焦慮障礙組、正常組進(jìn)行二分類，結(jié)果顯示，基于以上兩組54(被試)×16(電極)×3(行為、PSD、多質(zhì)融合)個(gè)指標(biāo)，SVM分類器對(duì)行為學(xué)準(zhǔn)確率從82%提高到87%。KNN分類器對(duì)行為學(xué)準(zhǔn)確率從76%提高到79.71%。故采用多質(zhì)融合的方法一定程度上能夠提高人群的識(shí)別率，說明這兩組人群功率譜特征指標(biāo)具有良好的區(qū)分能力，可以作為征兵心理選拔檢測(cè)的指標(biāo)。

3 討論

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)焦慮障礙患者睜眼時(shí)全頻帶的功率變異性高于正常人，表明焦慮障礙患者在低頻帶EEG產(chǎn)生更強(qiáng)的活動(dòng)性，在高頻段EEG產(chǎn)生較低的活動(dòng)性，這與焦慮障礙以低頻頻段功率增高和高頻頻段功率降低的EEG特征相吻合。不同波段的EEG功率反映了特定的認(rèn)知加工過程，而在變化趨勢(shì)上，睜眼狀態(tài)下，兩組人群的功率皆隨靜息態(tài)時(shí)間的延長而升高，升高趨勢(shì)相同；而焦慮障礙組在alpha頻段的睜眼和閉眼對(duì)比中均出現(xiàn)alpha睜眼抑制效應(yīng)。在閉眼狀態(tài)下，僅beta1、beta2及gamma頻段PSD具有顯著差異，且焦慮障礙組高于正常組。

本研究發(fā)現(xiàn)焦慮障礙組的額區(qū)中線位置delta功率增高，這與文獻(xiàn)[17]研究結(jié)果一致，該研究發(fā)現(xiàn)左前額葉delta波增多與焦慮障礙患者癥狀相關(guān)，這種delta功率增高發(fā)生的機(jī)制可能是左側(cè)大腦半球語言功能缺乏區(qū)在右側(cè)大腦半球同源區(qū)域的抑制引起的。本研究也發(fā)現(xiàn)焦慮障礙患者睜眼時(shí)theta功率增高，這與一些研究結(jié)果一致[18]，有研究認(rèn)為這種過量的theta波的溢出有可能是海馬區(qū)GABA-氨基丁酸能神經(jīng)元活動(dòng)改變導(dǎo)致的[19]，這些神經(jīng)元是產(chǎn)生theta波的主要部位。這種由大腦內(nèi)分子機(jī)制改變導(dǎo)致的穩(wěn)定的EEG活動(dòng)異常，使得theta波段功率的異?？梢猿蔀橐粋€(gè)篩查指標(biāo)提取并應(yīng)用于焦慮障礙癥人群的檢測(cè)和篩查。研究還發(fā)現(xiàn)焦慮障礙患者的alpha功率顯著增高，alpha和gamma波段功率分別反映了注意朝向內(nèi)部和外部的不同過程，而靜息態(tài)過程中alpha功率的增高與注意力朝向內(nèi)部自我相關(guān)[20]。冥想過程中，頂葉部位的alpha功率反映了自我意識(shí)，alpha功率在做自我相關(guān)的冥想時(shí)更高，F(xiàn)z和Pz之間的alpha相干性也更高[21]。并且那些以具體的認(rèn)知和行為來冥想自己的個(gè)體表現(xiàn)出較低的alpha和較高的gamma功率，而那些用一種抽象的、獨(dú)立的、潛在的自我意識(shí)冥想自己的個(gè)體，表現(xiàn)出較高的alpha和gamma能力。焦慮障礙患者在睜眼狀態(tài)下alpha功率顯著高于正常人，說明在睜眼狀態(tài)下，焦慮障礙患者的思維意識(shí)較正常人而言更朝向于自我內(nèi)部世界，這或許與患者的先占觀念有關(guān)，說明內(nèi)在產(chǎn)生的思維導(dǎo)致的內(nèi)向體驗(yàn)使患者的現(xiàn)實(shí)定向和適應(yīng)能力受損。

正常對(duì)照組和焦慮障礙組在靜息態(tài)睜眼和閉眼的差異模式又有所不同。閉眼后，焦慮障礙組與正常對(duì)照組的功率差異波段變少，只體現(xiàn)在delta波段上。有學(xué)者認(rèn)為，靜息態(tài)EEG活動(dòng)增強(qiáng)與視覺皮質(zhì)興奮性降低有關(guān)，此時(shí)外部定向注意力相關(guān)的大腦區(qū)域活動(dòng)減少，視覺皮質(zhì)興奮性降低有助于阻止視覺輸入外部干擾而打擾個(gè)體內(nèi)省狀態(tài)[22]。正常人在閉眼后，因?yàn)橐曈X信息的內(nèi)部流入切斷，而導(dǎo)致低波段EEG功率增加，theta和alpha波段這兩個(gè)中低波段功率與焦慮障礙組無差異，而delta波段功率始終有差異，提示了delta功率發(fā)生機(jī)制與視覺皮層活動(dòng)無關(guān)，可能來源于其他腦區(qū)的異?；顒?dòng)。

本研究結(jié)果表明，不論是低頻功率的增高還是高頻功率的降低，健康正常被試顯示出較快的適應(yīng)性特征，但本研究樣本量較小，焦慮障礙人群在入組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于多種擔(dān)憂造成心理壓力大、認(rèn)知負(fù)荷較重，使得EEG信號(hào)受到其他心理因素的影響。最后，本研究能夠在征兵心理檢測(cè)前加入30 s的睜眼閉眼靜息態(tài)EEG檢測(cè)，若將指標(biāo)投入應(yīng)用，還需擴(kuò)大被試量結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)其他分類器的方法進(jìn)行輔助診斷。