整合静息态功能连接、失匹配负波与听觉稳态响应揭示精神分裂症汇聚的神经生理学生物标志物

《Cognitive Neurodynamics》：Integrating resting-state functional connectivity, mismatch negativity, and auditory steady-state responses reveals convergent neurophysiological biomarkers of schizophrenia

　　

摘要

精神分裂症是一种异质性神经精神障碍，其特征是大脑大规模连接、听觉预测误差处理和皮层伽马波段同步化方面的异常。尽管静息态脑电图 (EEG)、错配负波 (MMN) 和听觉稳态诱发电位 (ASSR) 均被提议作为候选生物标志物，但它们通常被分别研究，这限制了对汇聚性神经生理异常的特征描述。本研究评估了在一个统一的多范式电生理框架内整合这些互补的 EEG 范式，是否能改善精神分裂症的生物学特征描述和预测分类。使用公开可用的非洲精神分裂症脑电图数据集 (ASZED) 进行了回顾性二次分析，该数据集包含 153 名参与者（76 名精神分裂症患者和 77 名健康对照组）。静息态功能连接使用加权相位滞后指数和图论分析进行量化，而 MMN 峰值振幅、平均振幅、潜伏期以及 40Hz ASSR 伽马波段诱发功率和试次间相位一致性则被提取为刺激诱发生物标志物。使用基于图注意力网络的框架，对 145 名拥有完整静息态、MMN 和 ASSR 记录的参与者进行了多模态分类。使用 SHAP 和 GNNExplainer 评估模型的可解释性，并使用带有置换检验的嵌套分层五折交叉验证评估预测性能。与健康对照组相比，精神分裂症参与者表现出静息态功能网络组织紊乱、MMN 反应减弱以及伽马波段同步化受损。该整合框架取得了最高的内部验证分类性能，平衡准确率为 91.8%，受试者工作特征曲线下面积 (AUC) 为 0.96，在匹配完整病例队列中超过了单独的静息态、MMN 和 ASSR 模型的性能。可解释性分析鉴定出全局效率、MMN 峰值振幅和 ASSR 试次间相位一致性是验证折中最具影响力的预测特征。这些发现表明，静息态连接、MMN 和 ASSR 提供了互补的电生理信息，这些信息和可以被整合成精神分裂症相关脑功能紊乱的一致预测表征。这些发现应被解释为单一公开数据集中内部验证的关联，而非临床验证的诊断生物标志物的证据。需要独立的外部验证和纵向研究来确定这些多范式 EEG 特征是否具有更广泛的预后、治疗反应或转化效用。

精神分裂症是一种异质性神经精神障碍，其特征是大脑大规模连接、听觉预测误差处理和皮层伽马波段同步化方面的异常。尽管静息态脑电图 (EEG)、错配负波 (MMN) 和听觉稳态诱发电位 (ASSR) 均被提议作为候选生物标志物，但它们通常被分别研究，这限制了对汇聚性神经生理异常的特征描述。本研究评估了在一个统一的多范式电生理框架内整合这些互补的 EEG 范式，是否能改善精神分裂症的生物学特征描述和预测分类。使用公开可用的非洲精神分裂症脑电图数据集 (ASZED) 进行了回顾性二次分析，该数据集包含 153 名参与者（76 名精神分裂症患者和 77 名健康对照组）。静息态功能连接使用加权相位滞后指数和图论分析进行量化，而 MMN 峰值振幅、平均振幅、潜伏期以及 40Hz ASSR 伽马波段诱发功率和试次间相位一致性则被提取为刺激诱发生物标志物。使用基于图注意力网络的框架，对 145 名拥有完整静息态、MMN 和 ASSR 记录的参与者进行了多模态分类。使用 SHAP 和 GNNExplainer 评估模型的可解释性，并使用带有置换检验的嵌套分层五折交叉验证评估预测性能。与健康对照组相比，精神分裂症参与者表现出静息态功能网络组织紊乱、MMN 反应减弱以及伽马波段同步化受损。该整合框架取得了最高的内部验证分类性能，平衡准确率为 91.8%，受试者工作特征曲线下面积 (AUC) 为 0.96，在匹配完整病例队列中超过了单独的静息态、MMN 和 ASSR 模型的性能。可解释性分析鉴定出全局效率、MMN 峰值振幅和 ASSR 试次间相位一致性是验证折中最具有影响力的预测特征。这些发现表明，静息态连接、MMN 和 ASSR 提供了互补的电生理信息，这些信息和可以被整合成精神分裂症相关脑功能紊乱的一致预测表征。这些发现应被解释为单一公开数据集中内部验证的关联，而非临床验证的诊断生物标志物的证据。需要独立的外部验证和纵向研究来确定这些多范式 EEG 特征是否具有更广泛的预后、治疗反应或转化效用。