双耳脉冲调制（B.P.M）对抑郁和焦虑患者大脑状态的影响：病例系列
抽象的
在这项先导研究中，对双耳脉冲调制器进行了测试，以查看它是否会导致自我报告的痛苦程度发生变化。该双耳脉冲调制器产生两个频率，它们结合在一起形成一个双耳脉冲，通过不同的听觉音调呈现来刺激神经系统，并且可以将用户的响应调整为适当的目标音调，以实现有效的治疗。每个人都校准了双耳脉冲，以增加在想象具有类似情感价的体验时或在参与认知功能的同时聆听声音时体验到的情绪水平。“治疗”基于客户对双耳脉冲的控制，以实现所需状态。训练侧重于他们心理困难的特定方面，同时聆听听觉音调，转动旋钮直到声音变得不舒服。最后，转动另一个旋钮以消除令人不舒服的噪音，这似乎与痛苦的减少有关。
研究人员对四名成年西班牙裔参与者（三名女性和一名男性）进行了研究，并在筛选时、治疗前、治疗后、治疗后 4 周和治疗后 12 周完成了自我报告的痛苦测量（广泛性焦虑症 7、冠状病毒疾病压力量表、精神障碍诊断和统计手册第五版的创伤后应激障碍检查表和贝克抑郁量表 II）。治疗前后还进行了定量脑电图和功能性磁共振成像。
初步结果表明，在使用双耳脉冲调制器治疗结束时，自我报告的痛苦程度有所降低。在比较治疗前后时，定量脑电图以及功能性磁共振成像也注意到了大脑状态的变化。结论：使用双耳脉冲调制器似乎会导致治疗期间自我报告的痛苦程度暂时发生变化。本文回顾了研究的局限性并提出了进一步研究的方向。
介绍
针对精神障碍的心理干预通常基于其临床效果而非生物学效果。然而，人们越来越认识到，更好地了解成功心理治疗伴随的神经变化可能会带来相当大的好处 [1]。例如，如果我们能够识别与精神症状相关的病理激活模式，并且这些模式在干预后恢复正常，我们就可以利用这些信息制定针对特定大脑网络功能相关性的新治疗方案。更进一步说，我们甚至可以通过神经反馈直接针对这些病理网络 [2]。数十年来对脑电图 (EEG) 信号的反馈研究表明，参与者可以接受培训来影响头皮电活动特定成分的幅度或地形 [3]。然而，使用基于脑电图的神经反馈来影响特定心理状态或治疗精神障碍一直非常困难，这可能是因为它的空间特异性低，而且单次基于试验的脑电图信噪比较差，因此很难实现 [4,5,6,7,8,9,10,11]。这种现象最初是在脑机接口 (BCI) 研究中发现的，无论是健康参与者还是不健康的参与者都存在这种现象。在文献中，它被称为 BCI 文盲 [4,9,12] 或 BCI 效率低下 [6,13]。
众所周知，神经节律和音乐节律之间存在频率的重合 [14,15,16,17]。据报道，音乐节律和低频丘脑皮质活动可以相互影响 [16,18,19]。文献中对神经动力学过程的同步性及其生理意义给予了极大关注。已经证明，同步现象对高级整合脑功能的机制具有重要影响 [20]。这既适用于内源性神经动力学过程，也适用于外部刺激引起的神经活动。例如，在外部刺激的某种同步（组合）水平下，可以发展条件反射：条件和非条件 [21,22]。
时间因素或不同激活的时间一致性被认为是突触效率长期变化的最重要条件 [23,24,25]。内源性同步的重要性的一个例子是，注意力的激活和有意识预测的任意运动伴随着非特异性丘脑和运动丘脑神经元的同步放电。与神经活动同步相关的过程被认为是丘脑皮质整合的重要机制之一 [26,27]。内源性神经活动与外部刺激的同步对于大脑信息和刺激寻求器官至关重要 [28,29]。文献支持这样的观点，即传入冲动与自发神经活动的某些阶段相结合可导致大脑生物电活动的重组。
双耳脉冲调制器 (BPM) 是一种非典型的生物反馈设备，它使用音频输入来刺激神经系统。每个人在想象体验的同时，也会在聆听设备发出的声音，以此来调整声音，以增加体验到的情绪水平（积极或消极）。我们在这个试点研究中的目标是研究使用 BPM 型设备恢复心理情绪状态的可能性，通过激活内源性自我调节过程来激活从焦虑和抑郁中恢复的过程。特别是，我们希望证明与特定情绪相关的大脑网络将受到 BPM 型系统的调节。
方法和方法论
认知活动的协同脑电图功能磁共振成像 (fMRI) 分析是一种有效的非侵入性方法，可以显示脑过程的定位、其动态以及中枢血液动力学与脑电活动之间的关系，以及脑活动中神经可塑性变化的记录 [30]。同步脑电图-fMRI 研究自适应反馈，可以直接激活脑结构，这一点特别令人感兴趣。这种方法应该在纠正各种高级神经活动紊乱方面开辟新的前景，在本例中，它可以治疗抑郁和焦虑。
在这项研究中，我们采用了连续脑电图 (CEEG) 和 fMRI 以及心理测试来识别对积极和消极情绪刺激有反应的区域，然后使用 BPM 反馈来训练参与者上调与处理消极刺激相关的目标区域。我们旨在证明与特定情绪相关的大脑网络确实可以通过神经反馈进行调节。
接受了检查的有三名女性和一名男性成年参与者。每位参与者均被诊断为重度抑郁和/或焦虑症，并由精神科医生和/或心理学家进行评估，评估依据是贝克抑郁量表或老年抑郁量表、广泛性焦虑症测试（GAD-7）[31]、冠状病毒病（COVID）压力量表和/或 DSM-5 的 PSTD 清单（PCL-5）[32]。接受检查的个体均无神经系统疾病或障碍病史、癫痫病史或心理或身体创伤。每位参与者的体检结果均排除了甲状腺功能减退、甲状腺功能亢进或任何形式的癌症。每位参与者均未使用过包括皮质类固醇或食欲抑制剂在内的药物。接受研究的三个人中均未出现或患有哮喘等潜在合并症。参与者治疗前后的得分如表 1 所示。
根据客观筛查措施，每位参与者均表现出或符合焦虑症、创伤后应激障碍 (PTSD) 症状的诊断标准，和/或表现出与焦虑相关的高度痛苦。研究对象在研究前和研究期间均未服用任何处方药。
所研究的个体均未患有非焦虑症的主要精神疾病、广泛性发育障碍 (PDD) 或发育性协调障碍 (DCD) 等疾病、活动性或非活动性精神病或思维障碍、除尼古丁、咖啡因或大麻以外的活动性物质滥用或依赖、听力障碍、癫痫或全身性癫痫症、脑瘫、创伤性脑损伤或脑部手术史、神经系统异常如自闭症谱系障碍 (ASD)、阅读障碍、代谢疾病、自身免疫性疾病、血管疾病、癌症史，并且目前没有母乳喂养。
L.C.R. 是一名 19 岁的左侧肢体残疾的西班牙裔女性，受教育程度为高中水平。L.C.R. 表现出基于焦虑的显著痛苦症状，并表现出与新冠后综合症相关的痛苦症状。没有报告发育异常，也没有证据表明有注意力缺陷多动障碍 (ADHD)、自闭症谱系障碍或严重的身体障碍或疾病史。她的韦氏成人智力量表 (WAIS) 全量表智商 (IQ) 为 123。在初步评估的广泛性焦虑症 7 (GAD-7) 量表上，L.C.R. 得分为 18，2 周后，在治疗前，L.C.R. 再次得分为 18。治疗 4 周后，再次测试时，L.C.R. 得分为 18。L.C.R.治疗后，她的 GAD-7 评分为 17，12 周后评分为 20。初步评估时，L.C.R. 在贝克抑郁量表 II 上的评分为 63，2 周后，在开始治疗时，评分再次报告为 63。治疗 4 周后，她的贝克评分为 60，治疗后 L.C.R. 再次得分为 60。
R.V.C.H. 是一名 38 岁的西班牙裔女性，右侧肢体，受过大学教育，全量表 WAIS 智商为 116。R.V.C.H. 表现出基于焦虑的显著痛苦症状，并表现出与 COVID 后综合症相关的痛苦症状。未报告发育异常，也没有多动症、自闭症谱系障碍或严重身体障碍病史。在初步评估的 PTSD 清单上，R.V.C.H. 得分为 80，2 周后，在治疗前，R.V.C.H. 再次得分为 80。治疗 4 周后，再次测试时，R.V.C.H.得分 71。治疗后，R.V.C.H. 在 PTSD 清单上的得分为 37，12 周后获得了 71 分。在贝克抑郁量表 II 上，R.V.C.H. 在初步评估时得分为 62，2 周后在开始治疗时，分数再次报告为 62。治疗开始四周后，R.V.C.H. 在贝克量表上的得分为 47，治疗后为 39。12 周后，R.V.C.H. 在贝克量表上的得分增加到 52。
O.G.D. 是一名 59 岁的右侧西班牙裔女性，受过大学教育，W.A.I.S. 全量表智商为 135。没有报告发育异常，也没有 ADHD、自闭症谱系障碍或严重身体障碍或疾病史。在 COVID 压力量表上，初步评估时，O.G.D. 得分为 51，两周后，即治疗前，O.G.D. 得分为 52。治疗开始四周后，O.G.D. 得分为 53，治疗后得分为 54。治疗结束十二周后，O.G.D. 在 COVID 压力量表上的得分为 59。在贝克抑郁量表 II 上，O.G.D. 在初步评估时得分为 10，两周后在治疗开始时，得分报告为 9治疗结束后，O.G.D. 的贝克量表评分为 12 分，12 周后，评分为 17 分。
E.A.I.P. 是一名 45 岁的右半边西班牙裔男性，受过大学教育，W.A.I.S. 全量表智商为 100。未报告发育异常，也没有 ADHD、自闭症谱系障碍或严重身体损伤或障碍病史。在初步评估的 PTSD 清单上，E.A.I.P. 得分为 80，两周后，在治疗前，E.A.I.P. 得分为 80。在贝克抑郁量表 II 上，E.A.I.P. 在初步评估时得分为 62，两周后在治疗开始时，报告得分为 62。治疗开始四周后，E.A.I.P. 的得分仍与治疗后一样为 62。E.A.I.P. 作为对照参与者。
每位参与者均在初次评估时、研究开始前、干预 4 周后和 12 周后接受以下任意一种标准化工具的评估：广泛性焦虑症 7 型 (GAD-7) [31] 和/或 COVID 压力量表和/或 DSM-V 的 PTSD 清单以及贝克抑郁量表 [33]。
生物反馈是实时向个人提供生理功能信息的过程，通常使用电子设备来持续监测代表生理功能的信号，例如心率或皮肤电导率。神经反馈是生物反馈的一种子类型，是一种记录、监测和提供有关人的脑电波模式信息的过程。生物反馈利用经典条件作用的原理，使人因改变被监测的信号而获得奖励。生物反馈和神经反馈已被证明可有效治疗多种生理和心理疾病，包括原发性高血压 [34]、雷诺氏综合症 [35]、癫痫症 [36]、多动症 [37] 和焦虑症 [38]。BPM 是一种非典型的生物反馈设备，它使用音频输入来刺激神经系统。声音针对每个人进行校准，以增加想象体验和聆听设备声音时体验到的情绪水平（积极或消极）。
仪器：BPM 提供 0-350 Hz 范围内的听觉刺激。听觉刺激的音量针对每只耳朵分别进行调整。主听觉频率调节控制（频率）控制范围为 0-330 Hz，次要听觉频率调节（干扰器）控制额外的偏移范围为 0-20 Hz。频率控制设置为 2 时，主要音调特定级别估计为 75 Hz，设置为 2 时的干扰器产生大约 20 Hz 差异的偏移，从而引起 beta 范围内的泛音。这种差异被感知/组合为双耳脉冲。使用骨传导耳机。
BPM 干预程序：向参与者介绍 BPM 设备，并解释其使用方法以及每只耳朵的音量控制如何单独工作。参与者被指导如何设置和调整频率和干扰器控制。参与者还被指示戴上耳机，以及如何将设备设置为频率 2 和干扰器 2。他们听了几分钟的音调以适应并习惯音调。他们可以调节音量和控制拨盘，直到他们感觉到声音“在他们的脑海中”并找到他们觉得舒服的频率。然后，在他们继续佩戴和听到音调的同时，他们被指示从事一项认知要求高的任务，例如阅读或在提供的图像中寻找细节，在此期间，他们需要计时以了解他们能够保持注意力的时间。这可能需要长达 10-15 分钟。治疗时间为每周 5 天，持续 12 周。
参与者在我们的实验室中接受研究，研究条件包括温度受控（24 至 26 °C）、噪音衰减和灯光昏暗。根据 10-20 个系统，从头皮上的 19 个标准位置记录 CEEG：Fp1、Fp2、F3、F4、F7、F8、T3、T4、C3、C4、P3、P4、T5、T6、O1、O2、Fz、Cz 和 Pz。仔细清洁皮肤后，使用导体糊固定圆盘 EEG 锡电极，并连接到数字连续 EEG 监测系统（Neuronic，S.A.）的输入盒。使用连接耳朵作为参考记录单极导联。 EEG 的技术参数为：增益 20,000、通带滤波器 0.1 -70 Hz、“陷波”滤波器 60 Hz、噪声水平 2 μV（均方根）、采样频率 200 Hz，电极-皮肤阻抗不高于 5 KΩ。为了进行监测，同时记录 7 个双极胸部心电图 (ECG) 导联和 0.5 至 30 Hz 的 EEG 滤波器。记录 CEEG 5 分钟并获得心率变异性 (HRV)。
EEG 目视检查和定量 EEG (qEEG) 样本选择：两名专家目视检查记录以选择无伪影的 EEG 片段。每次实验都从未受污染的记录中选择不少于 65 秒的 EEG 片段，然后使用 MEDICID-05 系统的功能将其导出到 ASCII 文件，其中包含与专家选择的片段相对应的原始 EEG 值矩阵，以供离线处理。创建并存储了三个 ASCII 文件，其中包含与不同实验条件下每个参与者相对应的 EEG 数据，以供进一步定量分析。
EEG 分析：每个实验环节的 EEG 样本都包含在前面描述的 ASCII 文件中，并由专门定制的软件工具导入，该工具使用 MATLAB 版本 7.10.0.499 R2010a（The Mathworks, Inc.）开发。该程序包括不同的操作，包括预处理 EEG 样本、估计每个 EEG 导联的功率谱密度 (PSD)、计算不同的频谱指数，最后将这些结果输出到使用 Microsoft Access 开发的专用文件数据库中。
EEG 预处理：19 个导联的每个 EEG 值都经过预先处理，包括：(a) 减去 EEG 值序列的平均值，以消除时间序列中直流分量的影响；(b) 应用非线性中值滤波器排除异常值或异常高的幅度值 [39]；(c) 标准线性去趋势以避免序列中出现任何可能的漂移；(d) 高通数字滤波（低截止频率为 0.5 Hz）；(e) 使用六阶巴特沃斯滤波器进行低通数字滤波（高截止频率为 55 Hz）。对于这两个滤波过程，都应用了 MathWorks 公司开发的一种算法，该算法在正向滤波数据后，将反转滤波后的序列并将其反向通过滤波器，产生零相位失真效应 [40]。
EEG 相干性的计算：二次相干性函数被计算为交叉频谱，通过使用以下表达式由两个导联的功率谱归一化：
其中“C”是 EEG 时间序列的交叉频谱，“L1”是两个 EEG 导联之一，“L2”是另一个导联，“PL1L1”和“PL2L2”是两个 EEG 时间序列的功率谱。为本研究开发的 MATLAB 程序中包含 MATLAB 函数“mscohere”。定义的 EEG 段包括 1024 个样本，重叠（50%）为 512 个样本。其中包括 12 个段（12,288 个样本，61.44 秒）。对每个段应用 Hann 窗口，使用 Welch 周期图计算各个 EEG 导联的功率谱估计值。该过程的频谱分辨率为 1/5.12 秒 = 0.1953125 Hz。在所研究的 EEG 频带中，用于计算相干性值的第一个离散频率 (df) 是直流或零频率之后的第六个离散频率，对应于 1.171875 Hz。从这个离散频率中，我们为 delta EEG 频带 (1.17–3.5 Hz) 纳入 12 个 df，为 theta (3.5–7.5 Hz) 纳入 22 个 df，为 alpha (7.5 –11 Hz) 纳入 19 个 df，为 sigma (11–15 Hz) 纳入 21 个 df，为 beta (15–25 Hz) 纳入 53 个 df，为 gamma (25–55 Hz) 纳入 154 个 df [41,42]。
对与每个 EEG 波段相对应的离散频率的相干性值进行平均，以便进行进一步的统计分析，之前使用以下表达式进行 zeta Fisher 变换：
Original and transformed coherence values were included in a Microsoft Access database for storing and use in other graphical and quantitative process analyses.
用于相干性分析的 EEG 导联分组：对于短距离半球内相干性，考虑了四个区域：前右区域，包括 Fp2-F4、F4-C4 和 F8-T4；前左区域，包括 Fp1-F3、F3-C3 和 F7-T3 的值；后右区域，包括 T3-T5、C3-P3 和 P3-O1；最后，后右区域，包括 T4-T6、C4-P4 和 P4-O2 的值。
MRI 采集和预处理：所有图像均使用 0 T MRI 扫描仪（德国埃尔朗根）采集，采用标准扩散梯度方向方案（12 个扩散加权 [DW] 图像和 ab=0 图像），DW-MRI 数据采用单次激发回波平面成像 (EPI) 序列采集。采集两组交错的 25 个 6 毫米厚的切片，距离因子为 100%，以形成 50 个连续的 3 毫米厚切片的体积，覆盖每个受试者的整个大脑。
采集参数为b=1200 秒/平方毫米、FOV=256×256 平方毫米、采集矩阵=128×128，对应“平面内”空间分辨率为2×2 平方毫米，TE/TR=160 毫秒/7000 毫秒。上述采集重复五次以提高信噪比 (SNR)。为了提高 EPI 质量，以 TE=7.71 毫秒和 12.47 毫秒采集了 T2 梯度回波场映射序列的幅度和相位差图像。此外，还获取了覆盖整个大脑的三维高分辨率 T1 加权磁化准备-快速梯度回波 (MPRAGE) 脉冲序列，其参数如下：160 个连续的矢状切片，厚度为 1 毫米，平面视场 (FOV) = 256×256 平方毫米，矩阵大小为 256×256，空间分辨率为 1×1×1 立方毫米。回波时间、重复时间和反转时间设置为 TE/TR/TI = 3.93 毫秒/3000 毫秒/1100 毫秒，翻转角 (FA) = 15°。使用统计参数映射 (SPM8) [28] 中的“统一分割”方法将 MPRAGE 体积在空间上标准化为 T1-蒙特利尔神经研究所 (MNI) 模板。
基于图论的解剖连接：所使用的图框架已被 Iturria 等人广泛描述。[43,44]。简而言之，大脑体积表示为无向加权图 G，其中节点 N 对应于图谱定义的区域，而弧萨伊吉托对应于连接它们的连接。使用对应于腋前线 (AAL) 的解剖标记模板，将 Atlas 与原生空间中的灰质体积图配准并分割成 90 个区域。Atlas 由蒙特利尔神经学研究所和个体脑图谱使用统计参数映射 (IBASPM) 开发。因此，大脑解剖网络的拓扑属性是基于 90 × 90 二元图 G 定义的。
采用迭代流线型纤维束成像算法来寻找连接相应解剖区域表面体素的最可能轨迹。长度超过 20 毫米且低于 500 毫米且曲率阈值为 ± 90° 的流线用于为每个受试者生成连接矩阵。一对节点之间的解剖连接通过解剖连接密度 (ACD) 量化，定义为：
其中，w(aij)量化了arcaij的条件权重。因此，ACD与参与连接的区域Ai和Aj共享的神经纤维数量有关，相对于属于表面的节点Ni和Nj的数量，由分数各向异性（FA）归一化。Fisher的Z变换应用于ACD矩阵的元素，以提高连接系数的正态性。
为了获得功能数据和解剖数据之间的空间对应关系，使用仿射变换将 EEG 导联图以轴向、冠状面和矢状面视图与渲染的患者头皮进行配准。根据更接近的图谱定义区域标记每个 EEG 通道。提取解剖和功能矩阵中的等效连接以进行回归分析。使用每个 EEG 频率子带的成对 Pearson 相关系数测试 Z 变换的 Coh 和 ACD 评分之间的线性相关性。对短程和长程连接进行独立分析。
结果
图 1 显示了三名患者和一名正常参与者在基线和 BPM 治疗后的功能连接整体效率评估。经过 BPM 治疗后，三名患者的功能连接（整体效率）有统计学上显著的增加。
图 1
评估三名患者和一名正常参与者在 BPM 治疗前后的功能连接整体效率
图2展示了三名患者治疗前后的效果。患者表现出显著增加的BOLD信号（p<0.01），经过多重比较校正的自由水消除（FWE），位于下额叶和中额叶皮质，包括双侧前扣带回和眶额皮质的部分、左侧丘脑和尾状核的右侧头部。
图 2
统计显示，三名患者的阈值 BPM 治疗相关 BOLD 变化。颜色标尺代表值
讨论
在过去 24 年中，焦虑水平一直在稳步上升，尤其是在青少年和年轻人中 [45]。在 20 世纪 90 年代，焦虑症被认为给美国经济造成了 423 亿至 466 亿美元的损失 [46,47]。由于 COVID-19 大流行的封锁显著增加了焦虑症的发生率，2020 年 4 月/5 月美国成年人焦虑症筛查呈阳性的可能性是 2019 年的三倍 [48]。早期的压力生活经历 (ELS) 会改变下丘脑-垂体-肾上腺 (HPA) 轴的功能，这通常与焦虑有关 [49]。ELS 会对一个人生活各个领域的发展产生负面影响，包括他们的身体、认知、情感、行为和社会发展 [50]。鉴于此，COVID-19 大流行在这一特定时期对相当多的人来说可能起到了预警
推荐商品
商家入驻
商品
122