持续性姿势-感知性头晕患者静息态神经振荡与功能连接改变：基于脑电与姿势描记的多模态研究

《Brain Sciences》：Altered Resting-State Neural Oscillations and Functional Connectivity in Persistent Postural-Perceptual Dizziness

　　

背景：持续性姿势-感知性头晕（persistent postural-perceptual dizziness，PPPD）是一种慢性功能性神经耳科疾病，以持续性头晕、不稳感和视觉依赖为特征，其电生理机制尚不明确。本研究探讨了PPPD患者静息态脑电（electroencephalography，EEG）频谱功率与功能连接及其与姿势稳定性和临床症状的关联。方法：研究人员对40例PPPD患者和40例年龄、性别匹配的健康对照者进行了闭眼静息态EEG记录，并采用Pro-Kin系统测量静态姿势稳定性。频谱功率计算覆盖delta、theta、alpha、beta和gamma频段，功能连接采用加权相位滞后指数（weighted phase lag index，wPLI）评估。结果：静态姿势描记显示，与健康对照相比，PPPD患者姿势稳定性受损。频谱功率分析显示，额叶和左侧顶-枕区theta频段相对功率增加。功能连接分析显示，theta频段前额-颞叶连接增加而颞-枕连接减少，alpha频段额-顶-枕连接增加而顶-颞连接减少，gamma频段小脑与颞叶、中央区连接减少。结论：PPPD与涉及认知-情感、视觉和感觉运动网络的静息态皮层振荡及功能连接的频率特异性改变相关。静息态EEG可能有助于表征PPPD的神经网络水平异常。

论文解读

一、研究背景与问题

持续性姿势-感知性头晕（persistent postural-perceptual dizziness，PPPD）是一种慢性功能性神经耳科疾病，以持续至少3个月的头晕、非旋转性眩晕或不稳感为核心表现，症状可因直立姿势、主动或被动运动以及暴露于移动或复杂视觉刺激而加重。该疾病在神经科和头晕门诊中日益被认为是慢性前庭症状的常见原因，对患者的日常活动、情绪状态和健康相关生活质量构成显著负担。尽管已有标准化的诊断标准，PPPD的临床诊治仍面临挑战：前庭功能检查和常规神经影像学检查往往缺乏特异性，而症状常伴随焦虑、抑郁、视觉依赖和姿势控制受损。因此，亟需能够反映潜在网络功能障碍的客观神经生理学标志物。

现有证据提示，PPPD并非单纯由外周前庭功能障碍所致，而可能涉及前庭、视觉、躯体感觉、姿势和情感系统之间的适应不良性相互作用。结构和功能神经影像学研究已报道多模态前庭区域、视觉皮层、岛叶网络、额叶调节区域以及小脑-感觉运动环路存在异常。网络层面的改变也见于恐惧性姿势性眩晕和PPPD患者，支持慢性头晕可能与皮层整合改变相关而非孤立的迷路终末器官功能障碍的观点。然而，大多数现有研究依赖基于磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的测量手段，其时间分辨率有限，难以刻画神经振荡动力学特征。尽管临床和神经生理学研究已开始探索PPPD的电生理特征，但静息态脑电（electroencephalography，EEG）证据仍然有限，尤其是频率特异性功率变化和基于相位的功能连接模式方面。此外，鲜有研究在同一队列中整合EEG指标与定量姿势描记。

二、研究设计与主要结论

本研究旨在利用频谱功率分析和基于加权相位滞后指数（weighted phase lag index，wPLI）的功能连接分析，探究PPPD患者静息态EEG异常。研究人员假设PPPD与涉及前额叶、视觉、颞叶、小脑和感觉运动区域的皮层振荡活动及功能连接的频率特异性改变相关，并进一步提出这些EEG改变与头晕相关残疾和姿势不稳相关。为验证上述假设，研究人员对PPPD患者和年龄、性别匹配的健康对照者进行了临床量表评估、静态姿势描记和71通道静息态EEG记录。研究结果表明，PPPD患者存在频率特异性的静息态EEG改变，包括额叶和左侧顶-枕区theta频段相对功率增加，theta、alpha和gamma频段功能连接改变，以及姿势稳定性受损。这些发现支持PPPD涉及认知-情感、视觉和感觉运动系统电生理模式改变的观点。

三、关键技术方法

本研究采用以下主要技术方法：研究队列来源于南京脑科医院门诊和住院部，共纳入40例PPPD患者和40例年龄、性别匹配的健康对照者。临床评估采用视觉模拟量表（Visual Analog Scale，VAS）、头晕残障量表（Dizziness Handicap Inventory，DHI）、特定活动平衡信心量表（Activities-specific Balance Confidence Scale，ABC）、汉密尔顿焦虑量表（Hamilton Anxiety Rating Scale，HAMA）和汉密尔顿抑郁量表（Hamilton Depression Rating Scale，HAMD）。静态姿势稳定性采用Pro-Kin视觉反馈平衡系统（PK254）测量，记录睁眼和闭眼条件下的压力中心（center of pressure，COP）轨迹长度、椭圆摆动面积和平均摆动速度。EEG数据采用71通道全头电极帽系统记录，采样率1000 Hz，参考电极位于CPz，接地电极位于AFz。预处理使用MATLAB R2023a和EEGLAB v14.1.2工具箱，包括0.1–50 Hz带通滤波、2秒分段、坏导插值和独立成分分析（independent component analysis，ICA）去伪迹。频谱功率分析采用Welch方法，计算delta（1–4 Hz）、theta（4–8 Hz）、alpha（8–13 Hz）、beta（13–30 Hz）和gamma（30–50 Hz）五个频段的绝对和相对功率，并使用簇置换检验控制多重比较。功能连接分析采用wPLI，构建67×67连接矩阵，使用网络统计量（Network-Based Statistics，NBS）比较组间差异。

四、研究结果

1. 1.
   临床特征

人口学和临床特征分析显示，PPPD组和健康对照组在年龄和性别分布上无显著差异。与健康对照相比，PPPD患者的HAMA和HAMD评分显著更高，表明焦虑和抑郁症状负担更重。

1. 2.
   静态姿势稳定性

静态姿势描记显示PPPD患者姿势稳定性受损。在睁眼条件下，PPPD患者的内外侧平均摆动速度（p = 0.002）、前后向平均摆动速度（p = 0.003）和摆动面积（p = 0.024）显著大于健康对照。在闭眼条件下，PPPD患者同样表现出更大的内外侧平均摆动速度（p = 0.020）、前后向平均摆动速度（p = 0.002）和摆动面积（p = 0.030）。混合设计方差分析显示，视觉条件对所有结局指标均有显著主效应，闭眼条件下数值更高；组别主效应对内外侧平均摆动速度、前后向平均摆动速度和摆动面积显著，但对轨迹长度不显著。仅在前后向平均摆动速度上观察到显著的组别与视觉条件交互作用。

1. 3.
   静息态EEG频谱功率

簇置换分析显示，在控制精神共病后，PPPD患者与健康对照在theta频段相对功率上存在显著组间差异。PPPD患者额叶区域（AF3、F1、F3电极）和左侧顶-枕区域（PO7、PO9电极）的theta频段功率增加。delta、alpha、beta和gamma频段未检测到显著组间差异。

1. 4.
   功能连接

wPLI功能连接分析显示PPPD患者存在频率特异性改变。在控制精神共病后，theta频段颞-枕连接减少而前额-颞连接增加；alpha频段额、顶、枕区域间连接增加而顶-颞连接减少；gamma频段小脑与颞叶、中央区连接减少。其余频段未观察到与小脑相关连接的显著差异。

1. 5.
   相关性分析

在PPPD组内进行Pearson相关分析并经Benjamini–Hochberg错误发现率（false discovery rate，FDR）校正后，额叶功率与枕叶功率呈显著正相关（r = 0.930，p < 0.001）；HAMA评分与HAMD评分呈显著正相关（r = 0.658，p < 0.001）；DHI评分与HAMA评分呈显著正相关（r = 0.547，p = 0.0024）；DHI评分与ABC评分呈显著负相关（r = ?0.441，p = 0.033）。HAMA评分与额叶功率的相关在FDR校正前达到名义显著性但校正后未存活（r = 0.332，p = 0.036，q = 0.182）。功能连接与静态稳定性参数之间的相关性经FDR校正后均不显著。

五、讨论与结论

讨论部分指出，theta振荡参与认知控制和情境整合相关的长程通讯，但警觉状态可能对观察到的theta频段差异有贡献，因此theta结果应谨慎解读。枕区和左侧顶-枕区theta频段发现与既往神经影像学证据一致，提示视觉和后部皮层区域参与PPPD病理生理机制。theta频段颞-枕连接减少和alpha频段顶-颞连接减少可能反映前庭相关、听觉/颞叶、视觉和高级调节系统之间的整合受损。alpha频段额-顶-枕连接增加可能与增强的视觉-空间监测或姿势控制中对视觉信息的过度依赖相关。gamma频段小脑与颞叶、中央区连接减少可能具有临床相关性，因为小脑和感觉运动网络对姿势控制、运动校准和前庭-运动整合至关重要，但gamma频段EEG易受肌肉伪迹影响，且头皮水平EEG定位小脑发生源的能力有限，因此这些发现不能归因于小脑发生器或作为小脑功能障碍的证据。本研究未发现beta频段显著差异，与既往研究报告的高beta活动增加不一致，可能主要反映方法学差异。研究的主要贡献在于同一队列中同时考察了区域频谱功率、wPLI连接、姿势描记和心理测量指标，表明PPPD与选择性、频率依赖的功能脑网络重组相关，涉及后部感觉区域、额叶控制系统和小脑-感觉运动环路。

研究结论为：PPPD患者表现出额叶和顶-枕区theta频段功率增加、功能连接的频率特异性改变以及姿势稳定性受损。这些发现提示PPPD可能涉及认知-情感、视觉、前庭相关和感觉运动系统之间的异常静息态相互作用。未来研究应采用更大规模的多中心队列、纵向设计、源定位EEG或多模态EEG-fMRI方法，以及涉及视觉运动或前庭刺激的任务范式。图论、信息论和计算建模等更先进的方法可提供对PPPD脑动力学改变的更深入机制见解。干预研究，包括前庭康复、认知行为疗法、神经调控或合并症治疗，也需开展以确定这些电生理改变是否可修饰以及是否可作为预后或治疗反应的生物标志物。