帕金森病患者反应时间短期波动率升高：基于图论的非线性变异性分析揭示多巴胺能活动异常

本研究针对帕金森病(PD)患者反应时间(RT)的个体内变异性(IIVRT)问题，创新性地采用图论算法和ex-gaussian分布tau参数，首次在ARIT（预期反应抑制任务）中捕捉到PD患者较健康对照组(HC)更高的短期RT波动率。结果揭示PD患者存在更频繁的瞬时行为波动（±2邻域窗口边缘数减少31.5%）和更显著的慢反应偏态（tau值升高58.3%），这些发现为理解多巴胺爆发式放电对认知-运动整合的影响提供了新视角。

　　

在神经退行性疾病研究中，帕金森病(PD)患者表现出的认知功能障碍日益受到关注。传统上，研究者们主要通过平均反应时间(RT)来评估执行功能，却忽视了反应时间的个体内变异性(IIVRT)这一重要指标。已有证据表明，IIVRT升高与多种神经系统疾病相关，但现有研究多局限于线性分析方法（如标准差SD），难以捕捉多巴胺能神经元爆发式放电导致的瞬时行为波动。这种局限性使得我们无法全面理解PD患者认知-运动障碍的神经机制。

为突破这一瓶颈，Hayley J. MacDonald团队在《Translational Psychiatry》发表了开创性研究。研究人员创新性地将图论算法应用于RT数据分析，结合ex-gaussian分布的tau参数，对85名PD患者和30名健康老年人进行对照研究。通过预期反应抑制任务(ARIT)获取行为数据，该任务要求被试根据内部时间估计完成精准的动作触发，能有效反映多巴胺依赖的时间感知功能。

关键技术方法包括：1）采用改良版ARIT任务采集左右手指反应数据（PD组400 trials，HC组248 trials）；2）首次将相似性图算法应用于RT序列分析，设置±2和±10邻域窗口及5%相似度阈值；3）计算ex-gaussian分布的tau参数表征慢反应偏态；4）通过混合效应方差分析比较组间差异，统计功效达0.98-0.99。

研究结果呈现三个关键发现：

平均反应时间

两组在Go试次的平均RT无显著差异（p=0.759），但均表现出右手优势效应（快15ms，p<0.001）。这一结果说明PD患者保留基本反应能力，但掩盖了潜在的神经功能异常。

个体内变异性 - 平均指标

PD组表现出更显著的RT波动：标准差(SD)增加42.2%（64±3ms vs 45±4ms，p<0.001）；tau参数升高58.3%（38±2ms vs 24±4ms，p<0.001）。

个体内变异性 - 试次间指标

图论分析揭示PD组在短时程窗口（±2邻域）的边缘数减少20.5%（2.90±0.09 vs 3.65±0.15，p<0.001），长时程窗口（±10邻域）减少26.3%（2.90±0.09 vs 3.65±0.15，p<0.001）。

讨论部分指出，该研究首次证实：1）图论算法能捕捉PD特有的15-20s周期行为波动，可能反映多巴胺爆发式放电（tonic-burst firing）的神经动力学特征；2）升高的tau参数提示PD患者存在注意维持缺陷或默认模式网络干扰；3）小脑-基底节环路异常可能通过齿状核-纹状体通路加剧行为波动。这些发现为开发新型神经标记物奠定基础，未来研究需结合在体多巴胺监测技术验证行为-神经关联。

该研究的突破性在于：首次将非线性动力学方法应用于RT分析，克服了传统SD指标的局限性；为理解PD认知波动提供了"多时间尺度分析"框架（从毫秒级tau变化到秒级图论波动）；提出的ARIT-图论联用方案，可推广至其他多巴胺相关疾病（如ADHD、精神分裂症）的研究。这些发现不仅深化了对PD神经机制的认识，也为临床评估提供了更敏感的行为标记物。