EGI腦電技術在揭示促炎因子導致的重度抑郁癥患者腦電圖異常的應用

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.中國中醫(yī)科學院針灸研究所生理學系，北京，中國

b.中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院針灸科，北京，中國

c.中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院放射科，北京，中國

d.北京理工大學醫(yī)學技術學院，北京，中國

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


摘要：

促炎因子可能與功能性腦網絡異常有關，它可能是重度抑郁癥 (MDD) 發(fā)病機制中的一種機制。腦電圖 (EEG) 微狀態(tài)能反映大腦網絡的功能。但對于 MDD 患者的促炎因子與微狀態(tài)異常之間的關系尚不清楚。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照組 (HC)，評估了蒙哥馬利-阿斯伯格抑郁量表（MADRS），并收集血清（白細胞介素- 2 (IL- 2)、腫瘤壞死因子-α (TNF-α) 和 hs-C 反應蛋白 (CRP) 和腦電圖（EEG）數據。進行了 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)時間和IL-2、TNF-α、hs-CRP水平高于HC組。微狀態(tài) D 的持續(xù)時間、發(fā)生率和覆蓋率與促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）水平呈負相關（P  < 0.05)。血清促炎誘導了微狀態(tài) D 的異常。這些發(fā)現共同增加了對 MDD 病理生理學的理解，并指出了促炎因子導致了 MDD 患者的腦電圖微狀態(tài)異常。
背景：

多條證據表明炎癥活動的長期增加與重度抑郁癥 (MDD) 發(fā)病機制有關，但很少有關于 MDD 患者功能性腦網絡炎癥相關變化的研究。已有研究表明，促炎因子與功能網絡中連接性的改變有關，這對于調節(jié)年輕人群的情緒和認知方面很重要。
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)的時間特征攜帶有關心理過程的重要信息，這些信息也是由不同的神經活動模式產生的。近年來，腦電圖微狀態(tài)的分析是一個新興領域，微狀態(tài)分析使我們能夠將多通道 EEG 數據減少到與神經活動的不同分布相關的類別�？傊�，微狀態(tài)分析提供了一個強大的工具來探測 MDD 患者大腦網絡的功能。
據我們所知，之前沒有研究評估促炎因子與 MDD 患者腦電圖微狀態(tài)異常的關聯(lián)研究。為了填補臨床指導中的這一空白，我們檢查了促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）與微狀態(tài)參數（持續(xù)時間、發(fā)生率和覆蓋率）之間的關系，以確定促炎因子之間的可能關系。
實驗被試：
2020 年 1 月至 2021 年 12 月在中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院醫(yī)學科招募24 名 MDD 患者和 24 名 HC 被試收集臨床特征。
促炎因子評估
促炎因子篩查由中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院臨床檢驗室進行
腦電圖記錄和預處理
所有被試以舒適的直立姿勢坐在電屏蔽室中。他們在保持清醒的同時放松并閉上眼睛 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據，采樣率為 1kHz，Cz 作為采集參考。
使用 MATLAB 腳本和 EEGLAB 進行 EEG 數據分析。
微狀態(tài)分析
使用 Cartool 軟件進行微狀態(tài)分析。對于每個被試，我們計算了所有電極的全局平均場功率 (GFP)。對于微狀態(tài)分割，我們僅通過包含 GFP 具有局部最大值的點來對數據進行下采樣。然后對數據進行空間過濾以提高信噪比。第一步包括在個人級別執(zhí)行的 k 均值聚類。為了選擇最佳聚類數，我們使用不同數量的 k 1 到 12 個初始聚類進行聚類。在第二步中，在組級別執(zhí)行第二次 k 均值聚類，對上一步中獲得的連接的單個拓撲進行聚類。對于第二個聚類，設置了 k 5 到 15 個聚類的初始數量和 200 個 k-means 初始化，所有這些都遵循 Cartool 針對靜息狀態(tài)數據的默認設置。最后，對圖形進行目視檢查，并與文獻中報道的圖形進行比較。對于這兩個組，前 4 個拓撲結構與之前報告的 4 個“規(guī)范”微狀態(tài) A 到 D 非常相似，并相應地進行了標記（A、B、C 和 D 微狀態(tài)分別顯示在圖 1中）。
  結果：

MDD和HC組促炎因子水平與微狀態(tài)參數的關系
基于兩組 MDD 和 HC 的腦電圖微狀態(tài)分析結果，關注微狀態(tài) D 與促炎因子之間的相關性。對于時間測量的 P 值，在 MATLAB 中跨相關分析（3 個炎癥標記 x 3 個狀態(tài)測量 [持續(xù)時間、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行 18 次統(tǒng)計測試。評估了微狀態(tài) D 參數（持續(xù)時間、發(fā)生率和覆蓋率）與血清促炎因子（IL-2、TNF-α 和 hs-CRP）水平之間的相關性分析。MDD組中微狀態(tài)D的持續(xù)時間、發(fā)生率和覆蓋率均與炎癥因子（IL-2、TNF-α和hs-CRP）水平呈顯著負相關。然而，MDD組和HC組其他微狀態(tài)與促炎因子水平無顯著相關性。

                  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的關系

結論
目前的研究表明促炎因子可能對導致 MDD 的功能性大腦網絡具有潛在影響，盡管需要未來的研究來復制這些發(fā)現。

參考文獻：

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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