1、DOI:10.-0673.2023.04.002Journal of InformationEngineeringUniversityAug.20232023年8 月Vol.24 No.4信息工程大学学报第2 4卷第4期rtfMRI神经反馈情绪调节的静息态脑网络连接差异研究冯智源12，高辉，王林元，张驰，童莉1（1.信息工程大学，河南郑州450 0 0 1;2.联勤保障部队第九八八医院，河南郑州450 0 0 1）摘要：海马在情绪调节过程中发挥关键作用，针对海马的实时功能磁共振成像（real-timefunc-tionalMagnetic Resonance Imaging，r t f M R
2、I）神经反馈训练能够有效增强健康人的情绪、记忆功能。脑网络是空间位置不同的脑区通过功能联系整合形成的网络模式，情绪调节涉及多个脑网络之间信息的协同交互，脑网络间连接特性的变化能够反映大脑情绪功能的改变。针对海马体的神经反馈情绪调节训练，从静息态脑网络的动态特性出发，提取被试与情绪调节相关的默认模式网络（DefaultModeNetwork，D M N）、执行控制网络（ExecutiveControlNetwork，ECN）和突显网络（SalienceNetwork，SN）等高级认知网络，并分析这些高级认知网络的功能连接特征在神经反馈训练前后的差异。结果表明通过神经反馈训练，健康被试前突显网络与
3、背侧默认模式网络、左侧执行控制网络之间的功能连接显著增强，而左侧执行控制网络与楔前叶网络之间的功能连接显著下降。结果验证了针对海马体的rtfMRI神经反馈情绪调节训练的有效性，并且情绪调节相关的脑网络间功能连接的变化与临床精神病学研究结果一致，或可作为评估神经反馈训练效果的影像学标记。关键词：实时功能磁共振成像；神经反馈；情绪调节；脑网络中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：16 7 1-0 6 7 3(2 0 2 3)0 4-0 391-0 7Differences in Resting-State Brain Network Connectivity inrtfMRI Neurofe
4、edback Emotion RegulationFENG Zhiyuan2,GAO Hui,WANG Linyuan,ZHANG Chi,TONG Li(1.Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China;2.No.988 Hospital of Joint Logistic Support Force,Zhengzhou 450001,China)Abstract:While hippocampus plays a key role in the process of emotion regulation,real-tim
5、e func-tional magnetic resonance imaging(rtfMRI)neurofeedback training targeted hippocampus could ef-fectively enhance the emotional and memory functions of healthy people.Brain network is a networkpattern formed by the integration of functional connectivity between brain regions with different spa-
6、tial locations,and emotion regulation involves the cooperative interaction of information betweenmultiple brain networks.The changes of connectivity characteristics between brain networks can re-flect the changes of brain emotional function.The experimental basis of this paper is a neurofeedbackemot
7、ion regulation training targeted hippocampus.Based on the dynamic characteristics of resting-state brain networks,this paper extractes the default mode network(DMN),executive control net-work(ECN)and salience network(SN)related to emotion regulation,and analyzes the differences收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 7；修
8、回日期：2 0 2 2-0 9-19基金项目：国家自然科学基金资助项目（8 2 0 7 18 8 4,6 2 10 6 2 8 5）作者简介：冯智源（1995-），女，硕士生，主要研究方向为三维成像与认知域信息处理2023年392信息工程大学学报of functional connectivity characteristics of these high-level cognitive networks before and after neu-rofeedback training.The results show that the functional connectivity betw
9、een the SN and the dorsalDMN and the left ECN are significantly enhanced,while the functional connectivity between the leftECN and the precuneus network are significantly decreased in healthy subjects through neurofeed-back training.The results of this study verify the effectiveness of rtfMRI neurof
10、eedback emotion regu-lation training targeted hippocampus,and the changes of functional connectivity between brain net-works related to emotion regulation are consistent with the results of clinical psychiatric studies,which might be used as imaging markers to evaluate the effect of neurofeedback tr
11、aining.Key words:real time functional magnetic resonance imaging;neurofeedback;emotion regulation;brain network0引言随着脑科学的发展，利用非侵人的方式对失眠、抑郁等患者进行治疗已经成为热点和前沿课题。其中，基于实时功能磁共振成像（real-timefunctional Magnetic Resonance Imaging,rtfMRI)的神经反馈技术可以检测特定脑区中由于神经元活动的增强而产生的血氧变化，从而间接测量大脑的神经元活动，并将相关信息实时直观地反馈给被试。因其可以靶向地调
12、节患者神经功能异常的脑区,并且具有较高的时空分辨率，已经被用于各种精神类疾病的诊断和干预 2。最近的研究表明,针对海马体的rtfMRI神经反馈训练方法能够有效增强健康人的情绪记忆等相关功能 3大脑功能的有效发挥依赖于多脑区之间的协同交互,因此从网络的角度研究人脑的功能是很有必要的 4。独立成分分析（Independent ComponentAnalysis，ICA）方法是识别脑功能网络的有效方式 5。ICA可以将fMRI数据分解成若干个相互独立的统计分量，主要有时间ICA和空间ICA两种方式。由于fMRI数据的空间维数远大于时间维数，因此分析fMRI数据时多采用空间ICA方法得到任务相关的脑部
13、激活情况，以此作为脑功能网络连接分析的基础。脑功能网络的连接指不同节点的神经活动信号之间的动态协调性，目前已有许多研究人员基于fMRI技术获取影像数据，并使用不同的方法进行脑功能网络的连接分析，主要包括功能连接和有效连接两种描述 6-8 其中,功能连接是刻画脑网络神经信号时间相关性的最简单与直观的方法，也是起步最早、最成熟的一种方法，取得了关键性的研究成果 9。文献 10 于2 0 0 8 年首次提出了基于时间相关性的脑网络间功能连接方法,并将其应用于精神分裂症患者和健康对照组的fMRI数据分析;文献 11于2018年对抑郁症患者及健康被试进行fMRI扫描，发现额顶控制网络的3个功能模块和体感
14、运动网络在未服药条件下功能连接增强，并且在药物控制下大部分可以达到正常控制组水平；文献12 表明，突显网络（SalienceNetwork，SN）、执行控制网络（ExecutiveControlNetwork，ECN）与默认模式网络(DefaultModeNetwork，D M N）之间功能连接的异常导致了失眠患者情绪认知、情绪产生和抑制等功能的障碍；文献 13表明,通过rtfMRI神经反馈靶向左侧杏仁核进行情绪调节导致了杏仁核与额叶和边缘结构的功能连通性增强，从而实现对重度抑郁患者的治疗基于上述分析，本文在已有研究成果基础上，进一步研究基于海马体的情绪神经反馈训练对脑网络的神经活动和功能产生
15、的影响，分析和提取可作为评估神经反馈训练效果的潜在生物学标记的脑网络功能连接,从而为基于rtfMRI的神经反馈技术的临床应用提供科学指导。1数据采集处理与统计分析1.1数据采集与预处理1.1.1受试者信息该研究的实验基础是一项随机对照实验,共招募了14名健康被试作为实验组和13名健康被试作为对照组 3。其中，实验组在训练过程中接收来自海马体的神经反馈信号，对照组接收来自顶叶区的神经反馈信号。两组试验研究已通过河南省人民医院伦理委员会批准，所有受试者均在签署知冯智源，等RI神经反馈情绪调节的静息态脑网络连接差异研究393第4期情同意书的前提下自愿参加本试验1.1.2试验范式本实验选择一种基于图片
16、的情绪诱发范式，两组被试完成了2 个session的实验，如图1所示。填写行为学量表SASHAMDSDS.ERO.PANASRESTIRUN1Session1RUN2Pre-scmBolck1Bolck2Bolck3Bolck 4Bolck5Session2RUN3RUN4REST2填写行为学量表SAS.HAMDSDS.EROPANAS图1针对海马体的rtfMRI神经反馈实验流程第1个session具体步骤如下：1)填写5个行为学量表，分别为积极和消极情绪量表（PANAS）、焦虑自评量表（SAS）、汉密尔顿抑郁量表（H A M D）、抑郁自评量表（SDS）和情绪调节问卷（ERQ）;2)静息状态扫描，包括2 0 s的预扫描和观察6 min屏幕中间的十字;3)2 个run的神经反馈训练，实验安排流程如图2 所示，每一次run均由20s预扫描和5个block组成，持续时间为6 min。每个block包括观看图片（12 s）、自我调节（40 s）和计数（2 0 s)3种条件。首先在“观看图片”条件，屏幕随机呈现3张正性图片，每张图片持续4s，要求被试感受正性图片刺激带来的情感，帮助诱发正性情绪