基于多感官虚拟现实头盔的脑电监测技术在创伤后应激障碍干预中的应用与神经机制研究

《IEEE Journal of Selected Areas in Sensors》：Instrumenting a Virtual Reality Headset to Monitor Changes in Electroencephalograms of PTSD Patients During Multisensory Immersion

　　本文介绍了一项创新研究，为解决创伤后应激障碍（PTSD）干预效果难以实时监测的难题，研究人员开发了集成多通道脑电图（EEG）传感器的虚拟现实（VR）头盔，对20名PTSD患者进行12次多感官（视听嗅觉）自然沉浸干预。结果显示，干预后患者顶叶α波不对称性（PAA）从负值转为正值，且症状改善者α功率显著提升，表明该技术可追踪神经标记物变化，为早期预测干预效果提供了新途径。

　　

虚拟现实（VR）技术近年来在心理健康领域展现出巨大潜力，特别是对于创伤后应激障碍（PTSD）的治疗。PTSD患者常经历侵入性记忆、过度警觉和严重焦虑等症状，严重影响日常生活。传统的暴露疗法虽有一定效果，但存在高脱落率和难以模拟真实创伤场景的局限。而VR技术能通过沉浸式环境模拟帮助患者逐步面对创伤，提高治疗依从性。然而，现有VR系统多仅刺激视觉和听觉，忽略了嗅觉等多感官整合对沉浸感的增强作用。更关键的是，干预效果的评估仍依赖问卷和访谈，无法实时监测神经生理变化，限制了治疗的个性化调整。

为解决上述问题，Belmir J. de Jesus Jr.等研究人员在《IEEE Journal of Selected Areas in Sensors》上发表了一项创新研究，开发了一款集成多生物传感器的VR头盔，用于实时监测PTSD患者在多感官自然沉浸干预中的脑电图（EEG）变化。该研究通过分析EEG频段功率和不对称性指标，探索了神经标记物与干预效果的关联，为早期预测治疗反应提供了新思路。

研究团队采用了几项关键技术方法：首先，定制了搭载16通道ExG传感器的Oculus Quest 2 VR头盔，集成EEG、心电图（ECG）、肌电图（EMG）和眼电图（EOG）传感器，以125 Hz采样率采集数据；其次，设计了三种VR自然场景（基准湖泊、心脏协调海滩和冥想引导海滩），结合OVR ION2嗅觉设备释放自然气味；第三，招募20名经医生确诊的PTSD患者，进行12次干预会话，每会话包含5分钟三种场景随机序列；第四，使用EEGLab管道预处理数据，采用Welch方法计算δ（0.5-4 Hz）、θ（4-8 Hz）、α（8-13 Hz）、β（13-30 Hz）和γ（30-50 Hz）频段功率，并计算前额叶α不对称性（FAA）和顶叶α不对称性（PAA）等指标；最后，通过线性回归分析EEG变化趋势，并按症状严重度和改善程度分组比较。样本来自加拿大Sept-?les专科诊所队列。

研究结果

EEG频段功率变化

线性回归分析显示，在基准场景（A）中，θ和α频段功率在多脑区（如中央、前额叶）呈显著上升趋势（p<0.05），而β和γ频段变化较小。具体而言，顶叶和枕叶α功率随干预次数增加，尤其在症状严重患者中提升更明显。心脏协调场景（B）则引起枕叶β功率下降，冥想场景（C）对前额叶α功率有轻度增强作用。

α不对称性指标

PAA从第1次到第12次干预期间由负值转为正值，表明顶叶活动不对称性减少，可能与抑郁和过度警觉症状缓解相关。而FAA无显著变化，与既往研究一致。

症状改善者的神经特征

CAPS-5评分改善最大的患者（n=7）在顶叶电极（P3、P4）α功率显著上升，而未改善者（n=6）则呈下降趋势。干预约5次后，α功率变化趋势即可区分疗效群体。

结论与讨论

本研究通过仪器化VR头盔成功追踪了PTSD患者在多感官干预中的EEG动态变化。顶叶α功率提升和PAA正常化可作为潜在神经标记物，区分治疗响应者与非响应者。结果表明，基于EEG的实时监测有望在干预早期（如5次会话）预测疗效，避免资源浪费。此外，多感官整合（尤其是嗅觉）可能增强沉浸感，但场景熟悉度与气味一致性需进一步优化。研究局限性包括缺乏对照组和长期EEG基线数据，未来可扩展至暴露疗法或其他神经精神疾病。该技术为个性化VR干预提供了重要工具，推动了传感技术与精神健康的跨学科融合。