《Biological Psychiatry》：Noncanonical EEG-BOLD coupling by default and in schizophrenia
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本研究通过同时记录EEG和fMRI，发现精神分裂症患者默认模式网络（DMN）中的α-波与BOLD信号存在延迟耦合，且这种延迟与主观唤醒程度相关。进一步揭示神经血管耦合的动态特性及其在精神疾病中的潜在机制。
迈克尔·S·雅各布（Michael S. Jacob）| 布莱恩·J·罗奇（Brian J. Roach）| 丹尼尔·H·马萨隆（Daniel H. Mathalon）| 朱迪思·M·福特（Judith M. Ford）
旧金山退伍军人事务医疗中心（San Francisco VA Medical Center），地址：4150 Clement St, 旧金山，加利福尼亚州，94121，美国
摘要
背景
神经影像学方法依赖于神经血管耦合模型，这些模型假设血流动力学反应在神经活动变化后几秒钟内是标准化的。然而，新的证据表明，在压力状态下以及神经精神疾病情况下，存在非标准化的血氧水平依赖性（BOLD）反应，这些反应会出现延迟。
方法
我们在静息状态下同时对精神分裂症患者（n=57）和未受精神疾病影响的参与者（n=46）进行了脑电图（EEG）和功能性磁共振成像（fMRI）测量。我们重点关注α波段的功率，以考察其与体素级、时间延迟的BOLD信号之间的相关性，作为EEG-BOLD耦合的动态指标。
结果
我们发现大脑各区域的α-BOLD耦合时间特征存在显著差异。默认模式网络（DMN）的后部区域、丘脑和脑干表现出早期耦合（BOLD延迟0-2秒），而DMN的前部区域则表现出更标准化的延迟（4-6秒），尽管一些参与者显示出与自我报告的压力程度相关的更大延迟，精神分裂症患者的延迟评分也更高。总体而言，非标准化的α-BOLD耦合在DMN和其他非皮层区域普遍存在，并且在精神分裂症患者中更为明显。
结论
这些发现表明，血流动力学信号与分布式网络中的持续神经活动之间存在动态耦合。此外，血神经延迟可能与主观唤醒状态或压力有关。我们的工作强调了需要进一步研究精神疾病状态下的神经血管耦合现象。
部分内容摘录
引言
功能性磁共振成像（fMRI）依赖于神经血管耦合模型，通过血氧水平的变化来推断神经活动。该模型被称为标准化的血流动力学反应（HR），它描述了组织在刺激、任务和认知处理过程中的时空激活范围。根据这一模型，神经活动的增加会引发脑血流量增加，为活跃区域提供氧气、葡萄糖和关键代谢物。通常情况下，
参与者
本研究中的精神分裂症患者（SZP，n=57）和未受精神疾病影响的参与者（UAP，n=46）的人口统计和临床数据已在先前报告中提及（27,28）。有关纳入和排除标准的完整细节，请参阅补充信息（SI）。所有参与者均根据加州大学旧金山分校和旧金山退伍军人事务医疗中心机构审查委员会的批准程序提供了书面知情同意书。
EEG-fMRI采集
我们的采集协议和预处理流程的详细信息已
非标准化α-BOLD耦合
在静息状态下，SZP和UAP的残余α波功率没有显著差异（t=0.24，p=0.81）。在所有参与者和时间延迟范围内，我们识别出几个具有高度显著α-BOLD相关性的簇（FDR < 0.001；图2A）。与之前的研究（11,59）类似，所有体素和受试者的平均相关值较低，介于0.1-0.25之间。个体参与者的最大相关值在0.17-0.25范围内。相关统计量和t统计量的体素级地图包含在补充信息（SI）中（图S1）
讨论
我们使用同步的静息状态EEG-fMRI技术来识别α-BOLD耦合的时间变异性，尤其是在DMN的标准区域。我们的发现支持了EEG-BOLD耦合存在区域差异性的观点，包括在某些情况下，BOLD活动可能先于或预测EEG活动（10,11,59）。这可能反映了血管和代谢因素在脑功能中更为复杂的作用，而不仅仅是简单地由神经活动的增加所驱动
局限性和未来方向
尽管已有强有力的证据表明DMN中存在非标准化的神经血管耦合，但本研究并非专门设计来验证这一假设，因此应对我们的发现持谨慎态度。鉴于唤醒状态对神经血管耦合的影响，未来的研究应包括额外的协变量，如睡眠时间、咖啡因摄入量等。本研究未使用更新的多频段序列来提高BOLD信号的时间分辨率。同样，新的
披露
雅各布博士在研究期间获得了退伍军人事务部（VA）的资助。马萨隆博士在研究期间获得了美国国立卫生研究院（NIMH）的资助；此外，他还从Recognize Life Science、Syndesi Therapeutics、Cadent Therapeutics和Gilgamesh Pharmaceuticals获得了咨询费用，这些都与本研究无关。福特博士在研究期间获得了VA和NIMH的资助。其他作者均没有报告任何生物医学财务利益或潜在的利益冲突。
致谢
本研究得到了美国国家心理健康研究所（R01MH058262–17给JMF）和退伍军人事务部（VA）（I01CX000497–06以及给JMF的资深研究职业奖，IK2CX002457给MSJ）的资助。
我们非常感谢同事们对本文初稿提供的反馈：Parham Pourdavood、Kaia Sargent和Terrence Deacon。本文的早期版本已发布在预印本服务器medRxiv上。
