作者：邬树凯，黄金钟，福建医科大学附属第二医院神经外科；孙冀骁，福建医科大学临床医学部
创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury， TBI)是基层神经外科的常见病和多发病，亦为当今社会的公共健康威胁之一。其中，轻型创伤性颅脑损伤(mild traumatic brain injury， mTBI)是最为常见的颅脑创伤类型，约占全部TBI的80%。mTBI患者伤后可出现头晕、
1. mTBI相关认知功能和任务态脑电
mTBI对患者认知功能的影响主要涉及注意、工作记忆、执行功能和视空间加工能力等方面。既往研究中采用的传统神经心理学测评虽然能在一定程度上检测出部分mTBI患者的认知功能损害，但易受到患者的主观倾向、文化水平和标准化操作等因素的影响。
近年来，脑电(electroencephalography， EEG)研究逐渐成为探究mTBI患者认知功能的重要科研方法。EEG是通过脑电记录仪器在头皮表面记录大脑产生的生物电信息，这些信号经过放大器放大记录，成为神经电生理的数字信息。
任务态EEG则是被试者执行特定认知任务或被施加特定刺激时，在相应脑区诱发的脑电信号变化，经实时描记并予加工处理后获取的数字信息，其基于毫秒级的超高时间分辨率，可对瞬时发生的生物电活动予以精准记录和分析，解码被试者认知进程中的神经电生理加工机制。因此，任务态EEG方法可对mTBI患者的认知功能进行客观而深入的研究。
2. mTBI影响认知功能的任务态EEG
2.1 mTBI患者注意功能相关任务态EEG
注意是个体心理活动对一定对象或事物的指向和集中，注意功能损害是mTBI患者常见的认知功能障碍之一。RUSSO等通过Go/NoGo实验范式对12例职业拳击手进行
GOSSELIN等通过听觉Oddball范式针对遭受运动相关脑震荡的20例运动员的研究发现，无论是否存在临床症状，其ERP N100成分的电位振幅均较对照群体更为微弱，表明有脑震荡病史的运动员存在显著的认知事件早期注意加工能力缺陷，也提示伤后无临床症状并非意味着大脑功能已完全康复。
既往研究中的经典注意系统理论将注意网络分为3个独立的子网络成分：警戒网络、定向网络和执行控制网络。近期，CHEN等通过经典注意网络测试ANT任务范式对27例经历亚脑震荡级别mTBI的伞兵展开研究发现，受伤群体的警戒网络N100成分振幅和执行控制网络P300成分振幅显著降低，提示mTBI患者维持注意警戒状态、利用警戒信息的效率较正常人群显著降低，也表明mTBI患者的抑制控制和注意力资源分配能力存在显著障碍。
因此，基于不同认知实验范式的研究均证实，mTBI对患者的任务态EEG的影响涉及注意加工进程中的多个ERP成分，尤其是早期N100成分的减弱。同时，mTBI还显著影响大脑注意功能网络的正常神经电生理运作，进而损害患者的认知注意功能。
2.2 mTBI患者工作记忆功能相关任务态EEG
工作记忆是由BADDELEY在短期记忆研究基础上提出的重要认知能力，指大脑在执行认知任务进程中，临时存储和加工相关信息的一种认知功能。工作记忆好似大脑的“缓存”，“缓存”内的信息可被大脑实时提取和加工，有赖于工作记忆功能的正常运作，个体能够快速识记、加工和整合当前信息，并基于当前信息执行进一步认知操作等功能。同时，工作记忆对注意、执行与控制和流体智能等认知能力的正常运作亦起到基础与核心作用。因此，工作记忆功能已成为mTBI患者伤后认知功能测评的关键内容。
以视觉工作记忆任务范式针对44例mTBI患者(致伤原因主要为交通事故与运动相关)的研究发现，伤者大脑顶部ERP的P300成分和额部N350成分的电压幅值较正常对照组显著降低，降低的电压幅值与执行任务范式的反应时间、准确率等工作记忆行为学数据的弱化显著相关，提示mTBI对患者在执行工作记忆任务时的认知资源配置能力造成了显著影响，进而弱化工作记忆行为学表现。
MOORE等采用N-back工作记忆范式，针对15例运动相关mTBI患儿的研究发现，mTBI可导致青春前期儿童的工作记忆行为学显著弱化，同时降低N-back范式所诱发的ERP的P300成分电压幅值。
WU等采用改进Sternberg视觉工作记忆范式，针对21例经历mTBI的拳击手进行事件相关频谱扰动分析(event-related spectral perturbation， ERSP)研究发现，与正常对照组相比，mTBI造成患者出现额部事件相关theta频带同步化振荡、顶枕部事件相关alpha频带去同步化振荡和额部事件相关低beta频带同步化振荡显著减弱，提示患者工作记忆进程中的认知资源配置效率、抑制干扰刺激及记忆检索后控制能力出现显著损害，并由此导致伤者执行范式任务时的工作记忆行为学表现弱化。
mTBI可对患者执行工作记忆任务时诱发的相关神经电生理成分产生弱化的影响，其中以时域ERP中P300成分电压幅值的显著降低为各研究的共性改变，而工作记忆进程中事件相关低频神经振荡的减弱亦从时频分析角度证实了时域ERP的研究结论，提示任务态EEG是对mTBI导致工作记忆功能损害甚为敏感的客观检测方法和神经电生理研究的有效切入点。
2.3 mTBI患者执行功能相关任务态EEG
在认知神经科学与神经心理学领域，执行功能是对行为的认知控制所必备的认知加工功能，指个体为完成目标任务进行选择和成功控制行为的认知能力。相对狭义的执行功能通常指个体完成认知任务时的抑制控制能力。抑制控制是指在完成各种认知任务过程中，个体能有效抑制不合适反应与操作的认知功能。
KORGAONKAR等采用测评抑制控制功能的经典Go/NoGo任务范式，对46例mTBI患者进行研究，结果显示mTBI患者在执行功能的行为学出现显著弱化(范式任务遗漏错误发生率显著增加)，且这种行为学的弱化与ERP N200成分的电压幅值显著相关。LIU等采用Go/NoGo范式的研究发现，38例mTBI患者在NoGo任务中诱发的ERP P300成分电压幅值显著低于正常对照组，且损伤相对较严重的mTBI患者出现了非损伤侧大脑半球theta频带振荡功率的显著减弱。
此外，CANDRIAN等通过Go/NoGo范式进行了更深入的EEG纵向研究，针对53例mTBI患者的研究证实，mTBI患者在伤后1周时表现出NoGo任务诱发的早期P300成分电压幅值显著降低，并于伤后3个月至1 a逐渐恢复至正常水平，但临床症状较为严重的mTBI患者伤后1 a P300成分电压幅值仍持续降低。
因此，多中心研究均提示，mTBI患者在执行抑制控制任务范式时，任务诱发的ERP P300成分电压幅值显著降低，且 mTBI 的严重程度与P300成分电压幅值降低的持续时间相关联。这些研究从任务态EEG层面客观证实了mTBI患者认知执行功能损害的电生理基础，表明事件相关EEG数据所表征的抑制控制功能可作为探究mTBI患者认知恢复进程的重要突破点。
2.4 mTBI患者其他高级认知功能相关任务态EEG
情绪面孔加工功能作为一项高级的认知加工能力，在社交互动中发挥着关键作用。D'HONDT 等通过情绪面孔任务范式对18例mTBI患儿的研究发现，在健康对照群体中由快乐面孔诱发的ERP P100成分振幅显著高于愤怒面孔，且情绪面孔诱发的N170成分潜伏期短于中性面孔。然而，mTBI患儿在执行相应认知任务时缺乏类似的ERP成分和潜伏期的显著改变，表明mTBI患儿的情绪面孔认知加工能力受到了显著影响。
在针对情绪加工的相关研究中，MÄKI-MARTTUNEN等采用包含威胁相关情绪刺激因素的改良 Go/NoGo 范式对27例mTBI患者的研究发现，相对于中性刺激，威胁相关情绪刺激导致的mTBI患者ERP N2-P3 复合成分振幅较正常对照组显著增强，提示mTBI患者对威胁相关情绪刺激的注意力捕获显著增强，也反映了患者受情绪影响时自上而下的认知控制效率降低。此外，视空间能力是指对视觉注意所及之物象的感知识别与空间定位功能，是融合注意、工作记忆和空间感知的认知能力。
GUAY等以视觉空间任务范式对13例经历多次运动相关mTBI的患者进行ERSP研究发现，与正常对照组相比，经历多次mTBI的患者事件相关alpha振荡活动显著减弱，提示多发mTBI患者的视觉空间注意部署能力显著弱化。值得关注的是，经典Stroop实验是一种测评高级认知控制加工功能的任务范式。
LARSON等基于颜色-命名Stroop范式对36例mTBI患者的ERP研究发现，mTBI组与正常对照组在Stroop任务错误试验中均表现出更为负向的错误相关负波(error-related negaitivity， ERN)与更为正向的后错误正波(post-error positivity， Pe)，2组间各ERP成分振幅和行为学数据的差别均无统计学意义，提示mTBI患者在冲突辨别与决策的高级认知控制加工功能方面并未受到显著影响。
由此可见，高级认知加工是多种认知能力的融合与复杂认知的实践，损害高级认知能力会导致认知加工综合实践能力的弱化。然而，现有研究提示，并非所有mTBI患者的高级认知加工功能均受损，这表明需要对独立认知域的研究进行更细化的探讨，并且开展更多标准化、多中心研究，以明确研究结论。
3. 总结与展望
综上所述，虽然mTBI对大脑功能造成的损伤程度相对较轻，患者和临床医生易忽视其影响，但众多研究表明，mTBI患者执行任务态EEG实验时表现出认知事件相关生物电活动的显著变化，这些改变涉及不同实验范式的多个特定ERP和ERSP成分。尽管各电生理成分在特定任务范式研究中所表征的具体认知加工机制有所不同，但综合各任务态EEG研究结论，mTBI对患者的注意、执行、工作记忆及情绪加工等认知域产生了显著损害。
此外，认知功能各领域之间存在着复杂的交互联系，单项认知功能的弱化必然会对其他认知域产生潜在影响，最终损害mTBI患者的整体认知能力。值得注意的是，不同mTBI患者大脑的功能状态具有较大的变异性。不同研究中的mTBI群体在伤情、受伤时间、认知基础甚至实验环境上存在差异，这必然会影响研究结论的精准性与普适性。
因此，未来关于mTBI影响认知功能的任务态EEG研究中，应融入静息态EEG与功能神经影像学，结合mTBI患者的临床随访数据展开纵向研究，并针对特定ERP/ERSP成分采用机器学习、卷积神经网络等人工智能验证与分类方法，进行更为深入的多维数据解码研究，以提高基于任务态EEG数字信号对mTBI相关认知功能损害的早期识别与诊断的精准性，为 mTBI 伤后早期认知干预和临床治疗提供研究基础和客观依据。
来源：邬树凯，孙冀骁，黄金钟.轻型创伤性颅脑损伤影响认知功能的任务态脑电研究进展[J].福建医科大学学报，2024，58(04):218-221.
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