焦虑严重程度对决策影响的神经机制研究：基于fNIRS的多模态证据

《Brain and Behavior》：The Impact of Different Severities of Anxiety on Decision-Making

　　

目的：焦虑对大脑的影响普遍存在；然而，关于焦虑如何影响大脑皮层及各脑区之间功能性连接的研究仍十分有限。本研究旨在探究焦虑水平与决策之间的关系。

方法：本研究招募了58名平均年龄为20岁的健康成年学生。研究人员采用焦虑自评量表（Self-Assessment Scale, SAS）评估其焦虑严重程度，并根据SAS结果将受试者分为三个严重程度组别。随后，研究人员让受试者完成24点数字运算任务。在此过程中，研究人员记录了受试者的面部表情和生命体征，同时运用功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）测量受试者特定皮层区域血红蛋白的变化。

结果：中度焦虑组的表现优于其他组别。具体而言，在决策任务中，中度焦虑组表现出更高效的大脑功能性连接、更平稳的血液动力学变化（主要以氧合血红蛋白\(HbO\)信号为指标；由于\(HbO\)对任务诱发的脑激活具有高敏感性，被选为主要指标），以及更积极的生理指标。

结论：本研究得出，中度焦虑状态似乎能够增强大脑功能性连接，从而提高决策能力和准确性。该研究为不同焦虑严重程度如何影响决策等认知功能的神经机制提供了有价值的见解。

焦虑严重程度对决策影响的神经机制研究：基于多模态监测的整合分析

一、研究背景与问题提出

近年来，焦虑障碍的患病率持续上升，社会竞争、经济不确定性及技术进步等因素显著推动了焦虑障碍的发生。已有流行病学报告显示，全球约有2.64亿人罹患焦虑障碍。焦虑在适度条件下可能是个体应对压力与不确定性事件的适应性反应，但根据其持续时间和强度，可引发严重的认知缺陷，尤其对决策过程产生深远影响。既往研究多聚焦于焦虑测量工具、影响因素及其对身心健康的影响，或从临床人群出发探讨焦虑相关脑区激活模式，但对健康人群中亚临床焦虑的不同严重程度如何从神经调节与认知加工层面影响决策，仍缺乏深入探讨。特别是焦虑对大脑皮层功能性连接的影响及其潜在机制，尚需进一步明确。

二、研究设计与技术方法

为探究这一问题，研究人员招募了58名平均年龄20岁的健康大学生（男28例，女30例），依据焦虑自评量表（Self-Assessment Scale, SAS）标准化分数分为低焦虑组（≥50且≤59，18人）、中度焦虑组（≥60且≤69，28人）和高焦虑组（≥70，12人）。实验采用限时24点数字运算任务作为决策范式，要求受试者在60秒内通过加、减、乘、除组合四个数字得到24，该任务涉及前额叶-顶叶区域，可模拟决策中的策略选择与时间压力。研究同时采集三方面数据：使用功能近红外光谱（fNIRS）监测大脑皮层氧合血红蛋白（HbO）浓度变化并计算通道间功能性连接（functional connectivity, FC）；使用Fisheye生命体征监测仪记录心率、SpO₂、SDNN、收缩压（SBP）、舒张压（DBP）；使用Noldus 7.0面部表情分析系统记录情绪表达。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA）、独立样本t检验及FDR多重比较校正。

三、主要研究结果

3.1 人口学特征与任务表现

三组间年龄、性别分布无显著差异，但计算准确率存在显著组间差异（p = 0.04）。中度焦虑组准确率最高（57.05%），低焦虑组次之（55.15%），高焦虑组最低（46.67%）。

3.2 组间差异性功能连接分析

通过双尾Student's t检验比较组间脑功能连接强度，发现中度焦虑组与高焦虑组在五个通道上存在显著差异（p ≤ 0.01），涉及额极区、背外侧前额叶皮层、缘上回、角回和视觉联合皮层；但经FDR校正后这些差异未存活，提示样本量有限的影响。

3.3 任务期功能性连接可视化

在任务执行期间，中度焦虑组和高焦虑组在额极区及背外侧前额叶皮层表现出显著更高的功能连接密度，而视觉联合皮层的连接相对较低。高焦虑组在右侧脑区出现额外的功能连接增强，中度焦虑组则在左侧脑区显示更强的连接。连接强度阈值设为0.58。

3.4 氧合血红蛋白变化

与低焦虑组相比，中度焦虑组和高焦虑组在多数皮层区域的HbO激活水平显著更高。两样本t检验显示，中度焦虑组与低焦虑组在初级躯体感觉皮层（CH30）和视觉联合皮层（CH46）的血氧浓度差异显著（p < 0.05），但FDR校正后无存活差异。

3.5 血氧浓度的时间依赖性变化

时间动态曲线显示，中度焦虑组血氧水平最为稳定，而低焦虑组和高焦虑组在实验中期出现剧烈波动。单因素ANOVA进一步证实低焦虑组与中度焦虑组之间的平均HbO存在显著差异（p < 0.01）。

3.6 面部表情分析

三组在除“愉快”外的所有面部情绪维度上存在显著差异。中度焦虑组和高焦虑组的负面情绪（悲伤、愤怒、厌恶）显著更明显，但中度焦虑组的大多数情绪指标介于低焦虑组和高焦虑组之间，且情绪波动范围最小。

3.7 生命体征分析

组间心率、SpO₂、SDNN、SBP和DBP存在统计学显著差异。高焦虑组心率略低于其他两组，但其心率及SpO₂波动幅度最大；低焦虑组的SDNN值低于高焦虑组，但其波动范围显著大于高焦虑组。

四、讨论与结论

研究表明，过度焦虑可能导致前额叶皮层功能受损，使个体难以理性应对焦虑并做出合适决策；而中度焦虑状态与中等强度的前额叶活动相关，可促成更合理的决策行为。高焦虑组可能需要更多认知资源来维持任务完成，造成认知负荷过重和认知努力浪费。在生理层面，高焦虑状态可能过度激活自主神经系统，导致心率与血氧的剧烈波动，干扰决策；中度焦虑组则表现出更稳定的生命体征和更优的自主神经调节能力。在情绪层面，中度焦虑组的情绪指标更平稳，负面情绪较少，提示情绪调节在焦虑与决策关系中发挥作用。研究结论认为：适度焦虑状态可诱发出更有效的脑功能性连接、更积极稳定的生理指标和情绪调节，从而提升决策能力；但功能性连接和血氧变化的结果仍属探索性发现，需进一步验证。该研究为焦虑严重程度影响决策的神经生理机制提供了多模态整合证据，并为未来针对高焦虑人群的干预策略提供了科学线索。