近红外脑功能成像在精神疾病中的应用

精神疾病，是指在各种生物学、心理学以及社会环境因素影响下，大脑功能失调，导致认知、情感、意志和行为等精神活动出现不同程度障碍的疾病。

1982年我国对12地区的城乡12000户, 共计51982人进行筛查, 结果显示:“在15岁及以上 (38136人) 人口的精神障碍时点患病率为10.54‰。1993年第二次全国流行病学调查在1982年调查的12个地区中的7个地区进行, “在15岁及以上人口的精神障碍 (不含神经症) 的时点患病率为11.18‰, 终身患病率为13.47‰。

二十一世纪以来，我国各地区开始自主进行本地区的精神疾病流行病学调查。时点患病率和终身患病率可达到2%~3%，二十年间精神疾病患病率几乎翻倍。精神疾病严重损害患者的心身健康，给患者家庭，社会带来沉重的负担。

近红外脑功能成像fNIRS

功能近红外光谱（fNIRS）是一种评估大脑功能的技术，它利用近红外光谱实时测量大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白含量。fNIRS具有适用范围广泛、运动伪迹不敏感、电磁兼容性好、时空分辨率高等优势，可以在自然情境下使用。这些优势使得fNIRS适合于评估成年人的大脑功能与疾病，如精神分裂症和心理障碍等。

                                                          图 近红外脑功能成像装置

大量研究表明，fNIRS可以通过评估大脑相关区域的脑功能激活程度和脑功能连接状态等，研究精神疾病患者脑功能的变化。

精神疾病患者脑功能激活的改变

Valentina Quaresima等人（2006）对9名健康被试（对照组）和9名患有精神疾病的患者（实验组）进行语言流畅性任务(VFT)。

结果发现，在VFT执行过程中，所有对照组的双侧前额叶皮层（PFC）均表现出典型的fNIRS激活反应(O2Hb升高，HHb降低较小)。另一方面，PFC对VFT的反应在对照组和实验组之间存在显著差异。

图 在执行VFT任务时，对照组PFC激活反应明显，实验组激活不明显。

Hemant Bhargav等人（2014）在对 18名精神分裂症患者和 18名健康被试进行圣光调息法（瑜伽的一种呼吸练习法）训练时，同时进行fNIRS数据采集。

研究发现，在KB训练过程中，健康被试大脑皮层的氧合血红蛋白的总血红蛋白显著升高，而对于精神分裂患者而言并没有产生影响。在NIRS测量中，oxyHb被认为是区域脑血流变化最敏感的指标，精神分裂症患者在KB训练时，其脑血流量或PFC激活明显少于健康被试。

图 在KB训练过程中，健康被试和精神分裂症患者大脑皮层血氧变化

Takei等人（2013）对29名精神疾病患者和31名健康被试在180秒的谈话期间进行近红外光谱数据采集。与健康被试相比，精神疾病患者谈话任务的表现下降，颞叶和右侧额下回的激活均下降。结果表明，谈话过程中精神疾病患者的脑功能障碍与颞叶和右侧IFG的功能缺陷有关。

图 会话任务中[oxy-Hb]的平均波形。绿线，健康被试。红线，精神分裂症患者。

精神疾病患者在脑功能连接的改变

Zahra Einalou等人（2014）研究了精神分裂症患者和健康人在stroop任务中前额皮质（PFC）的功能连接的区别。

实验对象面前有两个单词，一个写在另一个上面。上面的是墨色的，而下面的是白色的。受试者被要求判断下面写的单词是否正确地表示上面单词的颜色。如果颜色和单词匹配，则受试者用食指按鼠标左键，如果不匹配，则用中指按鼠标右键。受试者被告知要尽可能快速、正确地完成任务。单词会一直留在屏幕上，直到给出最长为3秒的响应。试验之间的屏幕是空白的。实验包括中性（Neutral）、一致（Congruent）和不一致（Incongruent）的实验。在中性条件下，上面的单词由四个墨水颜色的X (XXXX)组成。在相同条件下，上一字的墨色与字本身是相同的，而在不相同条件下，上一字的墨色与字本身是不同的。试验以半封闭的方式进行。每组试验6次。Block内刺激时间4.5s，block间隔20s。Block内的试验类型是均匀的(但是错误和正确试验的安排正在改变)。每一种都有五块。实验是在一间安静、光线略暗的房间里进行的。文字通过离受试者0.5米远的液晶屏幕呈现。

图 健康被试和精神疾病患者脑功能连接性示意图。

结果显示，PFC的功能连接性与认知负荷相关。精神分裂症患者与健康被试不同，当处于不相同的条件下（Incongruent）时，精神分裂症患者的功能连接性明显降低。

小结

得益于fNIRS的高定位能力、对言语等运动不敏感、适合于自然情景等优势，近红外脑功能成像在精神疾病的辅助诊断、药物与物理干预疗效评价等领域开展了广泛的临床应用和基础研究，已成为精神心理相关科室不可或缺的定量评价平台。

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