NeuroImage：暴力的隐式创伤—异常运动振荡脑活动与创伤后应激症状有关

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城市暴力的受害者面临患上创伤后应激障碍(PTSD)的风险，这是暴力造成的最严重的后果之一。考虑到PTSD可能与防御反应的低效选择有关，理解运动加工和PTSD之间的关系是很重要的。本研究旨在探讨城市暴力受害者创伤后应激症状(PTSS)的严重程度与视觉威胁线索的运动准备之间的关系。受试者完成了一项选择反应时间的任务，通过忽略一张可能是威胁性或中性的图片。提取的脑电图指标为α频段的运动相关幅度不对称(MRAA)和单侧准备电位(LRP)。研究人员观察到LRP潜伏期延长和反应时间减慢之间存在线性关系，选择性地出现在低PTSS组的威胁处理过程中(与中性相比)，而在高PTSS组中则没有。α MRAA抑制与PTSS也呈线性相关：威胁条件下α-MRAA抑制程度越小，PTSS越大。这些结果表明威胁性线索影响运动加工，而运动加工受城市暴力受害者PTSS的严重程度的调节。

1、背景

暴力的非致命性后果包括患上创伤后应激障碍(PTSD)的风险，这是一种对个人社交、工作能力或其他重要功能领域造成显著临床损伤的精神疾病。暴露于城市暴力的PTSD患者的运动前区域体积减少被认为与运动防御反应的低效选择有关。因此，通过揭示具有创伤后应激症状(PTSS)的城市暴力受害者由威胁线索引发的运动皮质活动的快速和动态变化，研究这些受害者的运动加工参与是至关重要的。

在本研究中，研究人员研究了两个运动皮质活动的脑电指数：(1)事件相关电位指数，称为单侧准备电位(LRP)；(2)事件相关去同步指数，源自称为α/mu频段的运动相关幅度不对称(MRAA)的运动α节律。这两个指标(LRP和MRAA)都反映了对刺激后反应的皮质运动准备，并且是通过将对侧电皮层活动从同侧电皮层活动减去给定的手部运动而获得的，它们提供了关于皮质运动准备的不同和互补的信息。LRP是一种事件相关电位波形，因此反映的电压波动与事件/刺激既是时间锁定的，也是相位锁定的；MRAA提供了关于振荡活动的额外信息，这些振荡活动也是由刺激/事件引起的，但不是相位锁定的。

有人认为，α MRAA振荡活动和LRP反映了不同功能的运动过程，前者被认为反映了运动目标的选择，后者被认为反映了随后运动目标到表现的转化。因此，通过从EEG数据中提取这两个指标，可以实现对皮质运动处理的更广泛和更全面的观察。

2、方法

2.1 被试

最终样本包括38名城市暴力受害者[32名女性；年龄，平均(M)=20.46岁；标准差(SD)=2.06]，他们被分为PTSD症状严重程度高组(高PTSS；PCL-C评分44分以上；MPTSS=55.05；n=17，16名女性)和低PTSD症状严重组(低PTSS；PCL-C评分低于44分；MPTSS=28.14；n=21，16名女性)。PTSS评分为17~77分(MPTSS=40.18，SD=16.37)。

2.2 设备与刺激

实验中使用的图片来自国际情感图片系统(IAPS)或来自万维网。残缺不全的身体照片被用作威胁线索。中性照片由日常生活场景中的人的照片组成。所有图片都由额外的一组年龄与受试者相似的学生(n=20)对效价(从不愉快到愉快)和唤醒(从低到高)的范围从1到9进行了评估。刺激包括80张威胁性图片和80张中性图片，两张图片两侧都有周边条。

每次试验都以黑屏(100ms)开始，然后显示800到1200ms的固定十字。然后同时显示一张中心图片和两条周边条，持续200ms，然后是2000ms的试验间隔(ITI)。在图片展示和ITI期间，注视十字仍然留在屏幕上，受试者被指示保持凝视它。研究人员还要求受试者忽略与任务无关的图片，并用右手或左手食指按下(按键盘上的“1”或“Z”键)，尽可能快速准确地回答周边条是同一方向还是不同方向。在50%的试验中，周边条的方向是相同的，此时受试者用左手按键；不相同时用右手按键。该实验包含了相同数量的用左手和右手按键的中性和威胁实验。

2.3 行为数据

反应时间(RT)是指刺激开始到按键反应之间的时间间隔。研究人员计算了每个受试者在威胁试验和中性试验中的中位RT。RT和EEG分析排除了不正确的响应。为考察威胁内容对RT反应的影响，研究人员以图片(中性和威胁两个水平)为内因素，以PTSS(两个水平：高PTSS和低PTSS)为中间因素，进行重复测量方差分析。

2.4 EEG数据的记录与预处理

使用23通道EEG系统(BrainNet BNT-36)从头皮记录电生理数据，该系统根据来自10-20系统的电极位置定位如下：FPz、FP1、FP2、Fz、F7、F3、F4、F8、Cz、C3、C4、T7、T8、Pz、P3、P7、P4。所有电极在记录过程中均参照Cz，离线时重参考平均乳突。以400 Hz的采样率连续记录EEG。采用0.1 Hz高通和30 Hz低通二阶Kaiser数字滤波器对数据进行离线滤波。使用EEGLAB工具箱和MATLAB进行线上数据分析。使用EEGLAB提供的独立成分分析(ICA)从数据中去除眼动伪影。

2.5 事件相关电位分析

在中性和威胁条件下，与用左右手食指做出正确反应相关的无伪影时期被基线调整，并在试验中取平均值，然后在受试者之间取平均值以获得总平均值。对于左手反应，从C4中减去C3处的事件相关电位活动。对于右手反应，从C3中减去C4处的事件相关电位活动。因此，从反应手对侧电极上记录的事件相关电位波形中减去记录在反应手同侧电极上的事件相关电位波形，分别用于左手反应和右手反应。然后，对所得波形进行平均，得到LRP波形。LRP公式如下：LRP=[(C4-C3)左手+(C3-C4)右手]/2。

研究人员感兴趣的是刺激(周边条和图片)编码和LRP开始之间的间隔。它通常是通过对刺激锁定的LRP，即LRP-刺激的分析来估计的。研究人员之所以关注LRP刺激，是因为影响运动前过程的实验操作促进了只有在刺激锁定分析中才出现的LRP开始的差异，而且有人认为PTSD患者表现出运动前皮质体积的减少。LRP-刺激潜伏期由受试者之间的平均LRP波形(即总体平均LRP)和每个受试者的跨试验平均LRP波形(即个体LRP)之间的互相关来确定。所有受试者的平均LRP波形被用作模板，LRP潜伏期被定义为与模板呈现最高互相关值的单个LRP的时间点。为了确定高、低PTSS受试者LRP反应可能存在的不同行为关联，研究人员分别对高、低PTSS受试者进行了皮层运动准备开始(LRP潜伏期)与行为反应时反应(威胁减去中性)的相关分析。

2.6 时频分析

研究人员用平均法计算了所选中央电极对(C3，C4)的时频域测量α MRAA，并将其应用于LRP。为了进一步验证中央电极的α-MRAA抑制是否与运动有关，而不是与视觉有关，研究人员对枕叶电极(O1，O2)采用了相同的平均方法。

研究人员研究了较低的(8-10 Hz)运动-α波段节律。在强制性刺激之后和反应时间周围的时间窗期间，大脑皮质的去同步化程度更高(对应于反应手对侧更大的运动准备)。此外，α/u节律通常在运动反应期间，在反应时间内去同步性更强。因此，由于中性和威胁条件呈现不同的反应时间，研究人员选择根据行为反应调整MRAA时间窗口。威胁条件下的时间窗口为437-840ms，中性条件下的时间窗口为448-812ms。

为了创建情绪调节指数，研究人员减去每个受试者在威胁试验中获得的较低α频段(8-10Hz)的α MRAA活性的平均值减去在中性试验中获得的平均值。与中性刺激相比，正值表示对威胁的α MRAA抑制较小(即皮质活动较少)。研究人员在低α波段(威胁减去中性)的α MRAA平均功率活动与PTSS评分之间进行了Pearson相关。

研究人员还以α MRAA活动的平均功率(8-10 Hz)为内因素，以图片(中性和威胁两个水平)为内因素，以PTSS(两个水平：高PTSS和低PTSS)为中间因素，进行重复测量方差分析(ANOVA)。

3、结果

3.1 行为数据

图片的主效应对反应时间数据有显著影响(F(1，36)=4.68，P≤0.05)。受试者在威胁状态下判断周边条方向比在中性状态下慢(M威胁=638.9 ms，SD=100.8；M中性=630.01 ms，SD=91.0)。PTSS的主效应(F(1，36)=0.36，P=0.55)和图片与PTSS的交互作用(F(1，36)=1.08，P=0.31)均未达到统计学意义上的阈值。

3.2 单侧准备电位

每种情况下的总平均波形如图1所示。命令性刺激(周边条和图片)的开始由0ms时间点表示，并指示受试者应该用左手还是右手做出反应(周边条方向相同或不同)。在刺激后约400ms出现持续的正事件相关电位波形(见图1的上图和中图)。当受试者用右手(图1，上图)响应时，C3电极中的晚期正电位变得不那么正(即有更大的负性)，而当他们用左手响应(图1，中图)时，C4电极中的晚期正电位变得不那么正(即有更大的负电性)。当将平均法应用于事件相关电位道时，LRP被揭示(图1，下图)。LRP反映了在刺激开始后和运动开始之前观察到的事件相关电位活动的单侧化。

图1 上图和中图：在威胁(左图)和中性(右图)条件下，C3和C4电极的总平均波形被时间锁定到刺激开始。下图：在每种情况下获得的LRP波形的总平均差值。0ms时间点表示刺激开始。

3.3 反应时间和单侧准备电位

低PTSS组与中性组相比，威胁情况下较长的LRP潜伏期与较慢的反应时相关(R=0.5，P≤0.05)，而高PTSS组则无相关性(R=0.06，P=0.82；见图2)。考虑到LRP潜伏期通常与反应启动有关，这一结果表明，在威胁情况下，低PTSS受试者在大脑皮层(LRP潜伏期)和行为(反应时)反应之间存在时间耦合。然而，在受到威胁的高PTSS受试者中，皮质反应和行为反应之间的联系以某种方式被破坏。

图2 低PTSS受试者(左图)的行为数据与LRP活性相关，而高PTSS受试者(右图)的行为数据与LRP活性无关。

3.4 时频(α运动相关幅度不对称)

头皮地形图显示，在运动开始(437-840ms)的时间窗内，中央电极上的α功率活动衰减，在右手运动时是对侧的，在左手运动时是双侧的。图3描绘了运动α活动的地形图。

图3 左手和右手在威胁和中性条件试验中的运动α功率的二维地形图。二维曲线图显示了在437-840毫秒的时间窗口内的平均试验时间。

在没有应用平均法的情况下，对脑电轨迹(刺激前200ms到刺激后1800ms)的时频分解显示，在刺激开始前和刺激期间，C3和C4电极的总α频带的最大频谱幅度(图4A的顶部和中部)。这个运动α频段的平均功率抑制发生在刺激(图片和周边条)抵消之后，持续了大约1000ms，如图4A(顶部和中间部分)所示。α频段(α MRAA)事件相关的去同步化(即α功率的抑制)最大发生在刺激开始之后，如图4B所示。值得注意的是，在中性状态下，所有受试者(高和低PTSS)的平均值在较低(8-10 Hz)的运动α频段节律中，ERD在视觉上更加明显。

图4 时频曲线图显示，在威胁和中性条件下，电极C3和C4的中心振荡活动分别对应于右手和左手反应。在刺激抵消后，α振幅出现衰减，如图中蓝色所示。(B)在威胁(左图)中性(右图)条件下，C3和C4电极的时间锁定的α范围内的运动相关幅度不对称(α MRAA)。

相对于同侧活动的对侧活动在中央电极(C3和C4)上的α功率的衰减反映为时变的α MRAA功率的负值(在图4和5中用蓝色表示)，并且在包含每个条件的反应时间和LRP的时间窗口(图5A和5B)最大。这种在中央电极的反应时间附近发生的α MRAA抑制在枕叶电极上没有观察到(图5C)，支持这种α抑制代表运动相关的皮质激活，而不是视觉皮质或视觉注意系统的激活。此外，通过比较图5A和图5B，可以注意到LRP(图5B)伴随着C3/C4电极(图5A)在4-6 Hz频段的功率增加而发生。因此，与其他事件相关电位成分一样，LRP处于低于α波段振荡的频率范围，因此不干扰α MRAA分析。

图5 (A)在威胁(左图)和中性(右图)条件下，电极C3和C4的α频段中与运动有关的幅度不对称。中央电极(C3和C4)上对侧活动相对于同侧活动的α功率的抑制反映为负值(用蓝色绘制)，代表与运动相关的皮质激活。α功率的抑制在反应时间附近达到最大值。(B)每种状态下刺激锁定LRP的总平均值。©计算枕部电极(O1，O2)的α MRAA。枕部电极在反应时间附近α振幅的零衰减证实了在中央电极发现的α活动调制的运动相关模式。

3.5 运动相关幅度不对称与PTSS

在所有受试者(n=38)中，研究人员观察到α MRAA在低α波段(8-10 Hz；威胁-中性)的平均活动与PTSS(R=0.39，P≤0.05)呈正相关(图6)。相对于中性条件，威胁条件下的α MRAA抑制越小，PTSS越大。

图6 α MRAA与PTSS严重程度的相关性由PCL-C评估。在威胁状态下，相对于中性状态(增量为正值)，运动α功率抑制越小，PTSS的严重程度越大。用较低的α频段(8~10 Hz)和平均反应时间±2SD时间窗进行α MRAA分析。

重复测量方差分析显示，因素图(中性和威胁两个条件)和PTSS(高PTSS和低PTSS两个水平)之间存在显著的交互作用(F(1，36)=4.31，P≤0.05)。平均情绪调节指数(δ：威胁-中性)在高PTSS组呈正值(MMRAA=0.60μV2，SD=0.98)，而在低PTSS组(MMRAA=−0.06μV2，SD=0.97)则不呈正值，表明高PTSS组在威胁状态下α-MRAA抑制(低α频段)较中性状态下减少。

组后测试显示，低PTSS的受试者在中性(MMRAA=−0.15μV2，SD=0.79)和威胁(MMRAA=−0.20μV2，SD=0.79；P=0.80)条件下的α MRAA功率(低α频段)无差异。然而，在威胁条件下(MMRAA=0.17μV2，SD=0.82)，高PTSS的受试者的α-MRAA功率抑制比在中性条件下(MMRAA=−0.43μV2，SD=0.70；P≤0.0 5)降低。因此，与中性条件相比，高PTSS受试者在受到威胁条件下表现出运动皮质激活减少(即α-MRAA抑制减少)。这些结果如图7所示。

图7 用PCL-C评定低PTSS和高PTSS受试者在威胁和中性条件下的α MRAA(μV2)功率值。条形代表平均数的标准误差。

与中性状态(MMRAA=−0.27μV2，SD=0.85)相比，在威胁条件(MMRAA=−0.04μV2，SD=0.82)下，α MRAA抑制(低α波段)有降低的趋势。

4、讨论

4.1 主要发现

根据PTSS的严重程度，研究人员探讨了残缺不全的人体图片(一种威胁线索)相对于中性图片是否会促使城市暴力受害者的不同运动皮质活动。在低PTSS受试者中，反应时间与威胁条件下的LRP潜伏期相关，而在高PTSS受试者中，反应时间与中性条件下的LRP潜伏期相关。此外，研究人员发现，当城市暴力的受害者接触到威胁性线索时，PTSS和α MRAA抑制之间存在相关性。组间分析进一步探索了这一结果，揭示了高PTSS和低PTSS受试者在暴露于中性和威胁环境之间的动态转换时，表现出不同的运动皮质激活模式。低PTSS受试者在中性和威胁性环境中均表现出α MRAA抑制增强(即运动皮质兴奋性增强)。当暴露于中性线索时，高PTSS受试者出现α MRAA抑制，但当暴露于威胁性线索时，则不发生这种抑制。这些发现表明，当城市暴力的受害者受到威胁时，PTSS的作用是运动皮质异常激活。

4.2 皮层反应激活的时间模式与PTSS

相对于中性条件，在威胁条件期间，LSS潜伏期表明PTSS与响应准备过程之间没有关联。然而，在PTSS较低的受试者中，威胁线索促进了皮层和行为运动反应之间的时间耦合调制。在PTSS较高的受试者中，运动皮质激活和相对中性条件下的威胁行为反应之间的这种时间耦合似乎被破坏了。高PTSS受试者的运动皮质激活和行为之间缺乏时间耦合可能与运动防御反应的低效选择和协调有关。

4.3 皮层反应激活的振荡模式与PTSS

本研究中，研究人员发现情绪调节PTSS中的α波段活动，而观看威胁线索会促进相对于中性刺激的α抑制的减少。目前的研究表明，运动皮质活动降低与PTSS的严重程度相关。应用的刺激、测试的频带和样本特性的不同可能会妨碍结果之间的直接比较。α MRAA抑制表明，相对于刺激和外显反应，运动皮质的激活在时间上具有很高的精确度，MRAA振荡脑活动的平均法将对侧运动活动与非运动活动区分开来。

5、结论

综上所述，本研究为以下观点提供了证据：对威胁线索做出反应的异常运动皮质活动与经历城市暴力有关，从而导致PTSS。研究人员发现，仅在高PTSS组，皮层突起的激活和行为反应之间的时间联系中断。对于围绕运动任务的运动α振荡活动，在PTSS高的受试者中，威胁线索引起的运动皮质活动比中性线索少。由于这些发现是生物标志物结果的特征，在个人和公共政策层面也有实际意义。

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