EGI腦電技術(shù)在揭示促炎因子導(dǎo)致的重度抑郁癥患者腦電圖異常的應(yīng)用

論文題目：

The pro-inflammatory factors contribute to the EEG microstate abnormalities in patients with major depressive disorder

中文翻譯：促炎因子導(dǎo)致重度抑郁癥患者腦電圖微狀態(tài)異常

作者：Ya-NanZhaoa1、Jia-KaiHea1、YuWanga、Shao-YuanLia、Bao-HuiJiab、ShuaiZhanga、Chun-LeiGuoc、Jin-LingZhanga、Guo-LeiZhangc、BinHud、Ji-LiangFangc、Pei-jingRonga

a.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院針灸研究所生理學(xué)系，北京，中國(guó)

b.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院針灸科，北京，中國(guó)

c.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院放射科，北京，中國(guó)

d.北京理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京，中國(guó)

期刊：Brain, Behavior, and Immunity - Health
發(fā)表時(shí)間：2022年10月
發(fā)表網(wǎng)址：https://doi.org/10.3390/s22186929


摘要：

促炎因子可能與功能性腦網(wǎng)絡(luò)異常有關(guān)，它可能是重度抑郁癥 (MDD) 發(fā)病機(jī)制中的一種機(jī)制。腦電圖 (EEG) 微狀態(tài)能反映大腦網(wǎng)絡(luò)的功能。但對(duì)于 MDD 患者的促炎因子與微狀態(tài)異常之間的關(guān)系尚不清楚。本研究招募了 24 名 MDD 患者和 24 名年齡和性別匹配的健康對(duì)照組 (HC)，評(píng)估了蒙哥馬利-阿斯伯格抑郁量表（MADRS），并收集血清（白細(xì)胞介素- 2 (IL- 2)、腫瘤壞死因子-α (TNF-α) 和 hs-C 反應(yīng)蛋白 (CRP) 和腦電圖（EEG）數(shù)據(jù)。進(jìn)行了 K 均值聚類分析以表征不同的EEG微狀態(tài)。表征了四種微狀態(tài)（例如 A、B、C、D），MDD組微狀態(tài)B和微狀態(tài)D的持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率和覆蓋率低于HC組，微狀態(tài)A和微狀態(tài)C的持續(xù)時(shí)間和IL-2、TNF-α、hs-CRP水平高于HC組。微狀態(tài) D 的持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率和覆蓋率與促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）水平呈負(fù)相關(guān)（P  < 0.05)。血清促炎誘導(dǎo)了微狀態(tài) D 的異常。這些發(fā)現(xiàn)共同增加了對(duì) MDD 病理生理學(xué)的理解，并指出了促炎因子導(dǎo)致了 MDD 患者的腦電圖微狀態(tài)異常。
背景：

多條證據(jù)表明炎癥活動(dòng)的長(zhǎng)期增加與重度抑郁癥 (MDD) 發(fā)病機(jī)制有關(guān)，但很少有關(guān)于 MDD 患者功能性腦網(wǎng)絡(luò)炎癥相關(guān)變化的研究。已有研究表明，促炎因子與功能網(wǎng)絡(luò)中連接性的改變有關(guān)，這對(duì)于調(diào)節(jié)年輕人群的情緒和認(rèn)知方面很重要。
EEG 研究為了解這些所謂的異常提供了窗口（Lehmann 等人，1987 年）。這些腦電圖微狀態(tài)的時(shí)間特征攜帶有關(guān)心理過程的重要信息，這些信息也是由不同的神經(jīng)活動(dòng)模式產(chǎn)生的。近年來，腦電圖微狀態(tài)的分析是一個(gè)新興領(lǐng)域，微狀態(tài)分析使我們能夠?qū)⒍嗤ǖ?EEG 數(shù)據(jù)減少到與神經(jīng)活動(dòng)的不同分布相關(guān)的類別�？傊�，微狀態(tài)分析提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具來探測(cè) MDD 患者大腦網(wǎng)絡(luò)的功能。
據(jù)我們所知，之前沒有研究評(píng)估促炎因子與 MDD 患者腦電圖微狀態(tài)異常的關(guān)聯(lián)研究。為了填補(bǔ)臨床指導(dǎo)中的這一空白，我們檢查了促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）與微狀態(tài)參數(shù)（持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率和覆蓋率）之間的關(guān)系，以確定促炎因子之間的可能關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)被試：
2020 年 1 月至 2021 年 12 月在中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院醫(yī)學(xué)科招募24 名 MDD 患者和 24 名 HC 被試收集臨床特征。
促炎因子評(píng)估
促炎因子篩查由中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院臨床檢驗(yàn)室進(jìn)行
腦電圖記錄和預(yù)處理
所有被試以舒適的直立姿勢(shì)坐在電屏蔽室中。他們?cè)诒３智逍训耐瑫r(shí)放松并閉上眼睛 5 分鐘。用 32 通道系統(tǒng)（EGI System 400；Electrical Geodesic Inc.）記錄閉眼靜息腦電圖數(shù)據(jù)，采樣率為 1kHz，Cz 作為采集參考。
使用 MATLAB 腳本和 EEGLAB 進(jìn)行 EEG 數(shù)據(jù)分析。
微狀態(tài)分析
使用 Cartool 軟件進(jìn)行微狀態(tài)分析。對(duì)于每個(gè)被試，我們計(jì)算了所有電極的全局平均場(chǎng)功率 (GFP)。對(duì)于微狀態(tài)分割，我們僅通過包含 GFP 具有局部最大值的點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間過濾以提高信噪比。第一步包括在個(gè)人級(jí)別執(zhí)行的 k 均值聚類。為了選擇最佳聚類數(shù)，我們使用不同數(shù)量的 k 1 到 12 個(gè)初始聚類進(jìn)行聚類。在第二步中，在組級(jí)別執(zhí)行第二次 k 均值聚類，對(duì)上一步中獲得的連接的單個(gè)拓?fù)溥M(jìn)行聚類。對(duì)于第二個(gè)聚類，設(shè)置了 k 5 到 15 個(gè)聚類的初始數(shù)量和 200 個(gè) k-means 初始化，所有這些都遵循 Cartool 針對(duì)靜息狀態(tài)數(shù)據(jù)的默認(rèn)設(shè)置。最后，對(duì)圖形進(jìn)行目視檢查，并與文獻(xiàn)中報(bào)道的圖形進(jìn)行比較。對(duì)于這兩個(gè)組，前 4 個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與之前報(bào)告的 4 個(gè)“規(guī)范”微狀態(tài) A 到 D 非常相似，并相應(yīng)地進(jìn)行了標(biāo)記（A、B、C 和 D 微狀態(tài)分別顯示在圖 1中）。
  結(jié)果：

MDD和HC組促炎因子水平與微狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系
基于兩組 MDD 和 HC 的腦電圖微狀態(tài)分析結(jié)果，關(guān)注微狀態(tài) D 與促炎因子之間的相關(guān)性。對(duì)于時(shí)間測(cè)量的 P 值，在 MATLAB 中跨相關(guān)分析（3 個(gè)炎癥標(biāo)記 x 3 個(gè)狀態(tài)測(cè)量 [持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率、覆蓋率] x 2 組 [MDD、HC]）執(zhí)行基于重采樣的 FDR 校正，從而校正每次重新運(yùn)行 18 次統(tǒng)計(jì)測(cè)試。評(píng)估了微狀態(tài) D 參數(shù)（持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率和覆蓋率）與血清促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）水平之間的相關(guān)性分析。MDD組中微狀態(tài)D的持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率和覆蓋率均與炎癥因子（IL-2、TNF-α和hs-CRP）水平呈顯著負(fù)相關(guān)。然而，MDD組和HC組其他微狀態(tài)與促炎因子水平無(wú)顯著相關(guān)性。

                  圖 2.MDD和HC組促炎因子（IL-2、TNF-α和hs-CRP）水平與微狀態(tài)D的關(guān)系

結(jié)論
目前的研究表明促炎因子可能對(duì)導(dǎo)致 MDD 的功能性大腦網(wǎng)絡(luò)具有潛在影響，盡管需要未來的研究來復(fù)制這些發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

Ya-Nan Zhao, Jia-Kai He, Yu Wang, Shao-Yuan Li, Bao-Hui Jia, Shuai Zhang, Chun-Lei Guo, Jin-Ling Zhang, Guo-Lei Zhang, Bin Hu, Ji-Liang Fang, Pei-jing Rong, The pro-inflammatory factors contribute to the EEG microstate abnormalities in patients with major depressive disorder, Brain, Behavior, & Immunity - Health, 2022, 100523, ISSN 2666-3546, https://doi.org/10.1016/j.bbih.2022.100523.

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