《NeuroImage》：Modulating complex brain states using MVPA-based neurofeedback: A systematic review
编辑推荐：
这篇综述系统梳理了多体素模式分析（MVPA）在功能性磁共振成像（fMRI）神经反馈中的应用潜力。文章通过纳入29项研究并进行荟萃分析（meta-analysis），探讨了该方法在情绪调节、恐惧条件化、注意力调控、知觉学习、运动康复等多个认知与行为领域的神经调节效果。总体分析显示，MVPA神经反馈对神经结果具有中等且显著的效应量（Hedges’ gav= 0.39）。尽管大多数研究支持神经调控的有效性，但行为学结果的一致性较低，且研究间存在显著的异质性（I2 > 93%）。本文为这一前沿领域提供了初步证据整合，同时指出了当前研究在方法论（如预处理、运动校正、分类器选择）和理论框架标准化方面的迫切需求，为未来的临床与科研应用指明了方向。
引言
实时功能磁共振成像（rt-fMRI）神经反馈是一种非侵入性技术，它使参与者能够对特定脑区或网络的神经活动进行自主控制，从而探索脑-行为关系，调节情绪、认知和感知，并有望用于研究或治疗神经精神疾病。传统的神经反馈多采用基于单变量激活或功能连接的反馈，而多体素模式分析（MVPA）反馈作为一种新兴的替代方法，能够识别空间分布式的脑活动模式，从而更好地辨别复杂的脑状态。尽管构建这些分类器计算需求较高，但在现代处理能力下，其实时应用是可行的。本综述旨在评估基于MVPA的fMRI神经反馈在调节脑状态及影响多个领域（如联想学习、情绪调节、恐惧条件化、运动康复、注意力和渴求）认知与行为方面的有效性。
方法
本系统综述遵循PRISMA指南，检索了截至2025年4月3日的PubMed、Web of Science、IEEE和DPBL等数据库，最终纳入29项研究。这些研究调查了MVPA-fMRI神经反馈在调节行为、认知或脑功能方面的应用。为了补充定性综合，我们对所有符合条件的研究的神经结果进行了荟萃分析，并计划进行亚组分析以探索最具代表性的领域特异性效应。
协议设计
已发表的研究在方案设计上存在显著差异。训练会话次数从1次到10次不等，大多数研究进行2至6次。每个会话内的运行次数在2到12次之间。调节块（参与者尝试调节脑活动）的持续时间从6秒到50秒，休息块的持续时间大多在15秒以内。所有研究都使用视觉反馈，最常见的是根据调节成功与否而扩张的圆盘。反馈呈现可以是连续的（随每个采集的体积更新），也可以是间歇的（在整个调节块结束后平均显示）。大约一半的研究为参与者提供了明确的指令（如特定的任务或策略），另一半则采用隐性指令，仅要求参与者最大化反馈。关于对照组，约三分之一的研究未设置对照。最常用的对照条件是无神经反馈组，其他策略包括仅参与前后行为任务的对照组或使用被试内对照条件。
MVPA神经反馈方法
在MVPA神经反馈中，需要考虑目标模式的定义、分类方法及其实时应用等具体问题。约三分之一的研究构建了全脑分类器，其他则专注于特定的感兴趣脑区。大多数研究通过功能性定位任务（在同一天或更早的访视中进行）来定义目标模式。在分类方面，大多数研究依赖于常用方法，即稀疏逻辑回归（SLR）和支持向量机（SVM）。将解码器实时应用需要进行多项预处理步骤，运动校正常见，而切片时间校正、高通滤波等步骤使用较少。反馈信号的计算取决于所使用的分类方法：对于SLR，反馈信号通常与目标脑模式的估计似然度成正比；对于SVM，则通常基于分类器预测的超平面距离。
神经与行为效应
大多数研究表明，参与者能够通过神经反馈训练成功调节其脑激活模式。全球荟萃分析（纳入19项研究）显示，神经反馈训练后，分类器准确率有中等、统计显著的改善（效应量=0.39， p=0.0016），但研究间异质性很高（I2=93.32%）。
- •
联想学习：研究旨在建立特定脑模式与目标刺激之间的关联。研究发现神经调节效果不一，行为结果（如红色感知频率增加）有时存在，但与神经调制效果并非完全对应。
- •
情绪调节：研究探索了对积极情绪（如快乐、温柔）的调节能力。多数研究发现，在训练的最后一次运行中，阳性试验的百分比或分类器性能有所提高。对抑郁症患者的研究显示，诱导快乐相关脑状态可带来抑郁评分降低。对创伤后应激障碍（PTSD）患者的研究则发现，其调节能力低于健康对照组。亚组荟萃分析（5项研究）专门针对情绪调节，显示了一个中等且显著的效果（效应量=0.45），异质性较低。
- •
恐惧消退：研究旨在通过将恐惧刺激与奖励配对来实现反条件化。参与者能够成功诱导目标模式，并且训练导致了对目标刺激的恐惧反应减少。
- •
运动康复：研究旨在通过运动意象神经反馈帮助患者。研究发现训练期间解码器准确率有所提高。
- •
视觉知觉学习：研究旨在诱导对应于特定朝向或局部运动的脑活动模式。研究发现，训练期间模式诱导线性增加，并导致在朝向或运动辨别任务中的敏感性得到改善。
- •
渴求消退：研究旨在训练参与者在看到酒精或吸烟相关图像时，减少与渴求对应的脑激活模式。研究发现成功调节试验的比例在训练中增加，但对渴求评分的影响不明确。
- •
注意力：一项研究旨在改善持续注意力，发现反馈组比对照组更能调节其注意状态，并伴随持续注意任务中敏感性的提高。另一项研究采用自适应设计，用解码器准确率触发刺激，发现训练后对游戏刺激的注意力有减少趋势。
- •
语义反馈：基于实时表征相似性分析（RSA），旨在训练参与者在不同心理表征之间切换。研究发现参与者能够减少当前心理状态与目标表征之间的距离（不相似性）。
- •
其他：双向调节研究（如信心、疼痛）表明，参与者通常只在一个调节方向上成功，这在行为结果中也有所体现。
质量评估
使用NHLBI工具进行质量评估显示，大多数研究被评为“一般”。常见局限性包括：缺乏对照组、未实施盲法、未进行随机化、未报告样本量合理性计算。使用CRED-nf清单评估神经反馈特定报告质量发现，大多数研究报告了反馈规范，但在预实验规划（如预注册、样本量合理性）和控制措施（如收集心理社会因素数据）方面报告不足。
讨论
本系统综述表明，MVPA-fMRI神经反馈在诱发神经调节方面具有潜力，全球荟萃分析为此提供了初步支持。然而，行为学结果不一致，且研究间存在显著的异质性，这主要归因于方案设计、方法学和报告质量缺乏标准化。该领域仍处于早期阶段，未来需要更严格、大样本和标准化的研究。本文还澄清了相关术语：MVPA神经反馈是总称，解码神经反馈（DecNef）是其中采用隐性方法并常与金钱奖励配对的子集，其他子集还包括联想神经反馈、语义神经反馈和自适应神经反馈。
MVPA神经反馈在方法学上需要特别考虑运动伪影的影响，其对多体素分类器的影响比单变量方法更敏感。未来的解决方案可能包括前瞻性运动校正技术。此外，关于使用个体水平还是群体水平分类器的争论仍在继续，目前大多数研究使用个体水平分类器，但群体水平方法（如在MNI空间构建或使用“超对齐”方法）可能在某些情况下（如面对特定患者群体）更具优势。标准化方法论、更清晰的理论框架，以及解决MVPA特有的方法学考量，对于完善神经反馈方案、释放其在临床和研究应用中的全部潜力至关重要。
