静息态fMRI观察短期正念减压训练对大脑功能网络小世界属性的影响

李 雷，毕国力，吴昆华，刘瑞湘，赵兴蓉，张宏江，肖 琴，武丽莎，陈壮飞*(.昆明理工大学医学院基础医学系，云南 昆明 650550；.云南省第一人民医院磁共振室，云南 昆明 6500；．云南省第二人民医院临床心理科，云南 昆明 6500；.昆明医科大学第一附属医院精神科，云南 昆明 6500)

正念起源于2500年前的古老东方佛教，Kabatzinn博士将其定义为“通过有目的地将注意力集中于当下，不加评判地觉知一个又一个瞬间所呈现的体验，而涌现出的一种觉知力”[1]。正念目前已成为心理治疗的重要概念和技术。以fMRI技术研究正念的脑机制已成为热点，8周正念减压练习可引起与长期练习一致的脑结构及功能改变，但有学者[2]提出简单的脑结构和功能改变分析不足以揭示脑区间的功能组织模式。基于图论数学模型的脑复杂网络分析从整体性[3]角度为脑功能评价提供了更宏观的视角：将目标脑区视为节点，以加权矢量或标量表示节点之间的连接信息，进而计算出全脑网络拓扑属性，是一种综合评价全脑脑区之间作用机制的方法[4]。本研究通过复杂网络分析方法，观察正念对脑功能网络小世界属性的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 于2015年8月—11月通过海报招募形式征集未接触过正念及相关练习的健康志愿者16名，年龄19～42岁，平均(27.6±5.0)岁，均为右利手(采用Edinburgh利手测试评定)。纳入标准：可理解测试及练习内容，无精神及神经系统疾病，近6个月未接受药物治疗、外科手术，无颅脑外伤史及电抽搐治疗史，能完成正念练习及相应评估并可配合MR检查。本研究经昆明理工大学医学院伦理委员会论证通过，受试者均被告知研究风险及相关事项并签署知情同意书。

1.2 正念减压训练 对受试者进行为期8周、每周2 h的正念减压训练。8周的主题分别为身体扫描、正念进食、正念瑜伽、STOP(Stop, Take a breath, Observe, Proceed)练习、RAIN(Recognize, Accept, Investigate, Non-identification)练习[5]、湖泊/山峰冥想、慈心禅及对话阴影。同时受试者需练习将正念带入到生活中，要求其每日进行表格记录，以保证训练的完整度，并在每周集体练习时进行反馈。训练前后以正念五因素觉知量表(five facet mindfulness questionnaire， FFMQ)、积极情绪和消极情绪量表(positive affect and negative affect scale， PANAS)对所有受试者进行评估。于训练前和训练结束后3天内采集静息态fMRI数据。

1.3 仪器与方法

1.3.1 fMRI数据采集 采用GE Exclte 3.0T MR扫描仪及8通道头线圈。先行脑结构扫描，由1名影像科医师进行审阅，排除脑部形态学异常者。扫描前嘱受试者保持不动，全身放松，全程闭目但不能入睡，尽量不进行主动思考，扫描后确认受试者扫描期间未入睡。fMRI采用GRE-EPI序列，TR 3 000 ms，TE 40 ms，反转时间100 ms，翻转角90°，FOV 240 mm×240 mm，矩阵96×96，厚层4 mm，体素大小2.5 mm×2.5 mm×4.0 mm，共采集100个连续时间点，每个时间点34幅轴位图像。

1.3.2 数据预处理 基于Matlab 7.6平台，采用SPM8和DPARSF软件对数据进行预处理，去除前10个时间序列的数据以消除磁场不均衡的影响，进行时间校正和头动校正(头动幅度在3个方向上的平移均<1 mm，旋转均<1°)，用EPI模板对数据进行标准化。将空间体素重新采样，大小为3 mm×3 mm×3 mm，去除线性漂移，以0.01～0.08 Hz频段对信号进行带通滤波，去除高信号和低信号漂移。

1.3.3 小世界属性分析 以DPARSF工具包提取自动解剖标记(automated anatomical labeling, AAL)90个分区的平均时间序列，采用Gretna工具包计算大脑连接矩阵及相应的网络参数。全脑参数包括全局聚类系数(Cp)和特征路径长度(Lp)，与相同规模随机网络比较得到标准化聚类系数(γ=Creal/Crandom，其中Creal指实际网络聚类系数，Crandom指随机网络聚类系数)和标准化特征路径长度(λ=Lreal/Lrandom，其中Lreal指实际网络特征路径长度，Lrandom指随机网络特征路径长度)、小世界值(σ，σ=γ/λ)，全局效率(Eglob)和局部效率(Eloc)；节点(脑区)参数包括节点聚类系数(Ci)、节点路径长度(Li)、节点全局效率(Ei_glob)、节点局部效率(Ei_loc)及介数(Be)。

1.4 统计学分析 采用PASW 18.0统计分析软件。正念减压训练前后分类变量的比较采用χ2检验，连续变量的比较采用配对样本t检验，在较宽阈值范围内比较网络全局参数的统计学差异，对组间比较有差异的全局参数进一步比较脑区(节点)水平的相应指标差异；以Pearson相关分析评价网络全局参数与FFMQ及PANAS量表评分的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 全局参数 在较宽的稀疏度范围内观察到正念减压训练前后受试者脑功能复杂网络均具有小世界属性(γ>1，λ≈1，σ>1)，正念训练后全脑Eloc、γ、和σ均下降(图1)，在稀疏度阈值为1%～16%范围内差异均有统计学意义(P均<0.05)，其余全局指标(包括Eglob、Cp、Lp及λ)差异无统计学意义(P均>0.05)。

2.2 节点参数 于节点水平，在较宽稀疏度范围内均可观察到网络参数改变，稀疏度阈值为20%时，双侧扣带回中部、双侧杏仁体、右侧壳核、左侧丘脑的Ei_glob升高，左侧背外侧额上回、右侧额上回眶部、双侧缘上回Ei_glob降低(P均<0.05)；左侧海马、左侧尾状核、右侧丘脑的Ei_loc升高，右侧扣带回后部、顶下缘角回Ei_loc降低(P均<0.05)；左侧额下回三角部、双侧扣带回中部、左侧杏仁体、右侧旁中央小叶的Be升高，左侧背外侧额上回、左侧额上回眶部Be降低(P均<0.05)；见图2。

2.3 正念能力及情绪状态量表 8周正念减压训练后，FFMQ评分中除不评判因子得分外，其余因子得分及总分均较训练前升高(P均<0.05)；PANAS评分中消极情绪得分较训练前下降(P<0.001)，见表1。

在节点水平(稀疏度阈值为20%时)，右侧额上回眶部Ei_glob与不评判因子得分呈负相关(r=-0.546，P=0.029)，右侧杏仁体Ei_glob与观察(r=0.607，P=0.013)及描述(r=0.544，P=0.030)因子得分呈正相关；双侧杏仁体Ei_glob与消极情绪得分呈正相关(左侧r=0.625，P=0.010；右侧r=0.535，P=0.033)；右侧缘上回Ei_glob与观察因子得分呈负相关(r=-0.529，P=0.035)；右侧壳核Ei_glob与观察因子(r=0.667，P=0.005)、描述因子(r=0.655，P=0.006)及FFMQ总分(r=0.526，P=0.037)呈正相关；左侧丘脑Ei_glob与积极情绪得分呈正相关(r=0.601，P=0.014)；右侧顶下缘角回Ei_loc与观察因子得分(r=-0.587，P=0.017)、积极情绪得分(r=-0.585，P=0.017)呈负相关。Be值与FFMQ及PANAS量表得分的线性相关性均无统计学意义(P均>0.05)。

图1 正念减压训练前与训练后全脑标准化Eloc(A)、γ(B)和σ(C)比较

表1 正念减压训练前后FFMQ及PANAS量表评分比较(±s)

表1 正念减压训练前后FFMQ及PANAS量表评分比较(±s)

正念减压训练前后FFMQ评分观察描述觉知行为不评判不反应总分PANAS评分积极情绪消极情绪训练前23．06±6．1422．37±4．3720．31±4．5923．63±5．2819．50±4．37108．88±16．8430．88±3．4216．63±3．56 训练后27．00±5．0728．44±4．7627．81±4．4326．63±4．8722．31±5．23132．19±15．3830．38±3．8112．88±2．47 t值-3．314-6．235-3．890-1．324-2．397-5．3071．2255．616 P值0．007<0．0010．0010．2050．030<0．0010．240<0．001

图2 正念减压训练前后节点参数变化脑区 A、B.Ei_glob； C、D.Ei_loc； E、F.Be (A、C、E为左侧大脑半球外侧面观；B、D、F为右侧大脑半球内侧面观；SFGdor：背外侧额上回；DCG：扣带回中部；SMG：缘上回；THA：丘脑；AMYG：杏仁体；PUT：壳核；ORBsup：额上回眶部；CAU：尾状核；HIP：海马；IPL：顶下缘角回；PCG：扣带回后部；IFGtriang：额下回三角部；PCL：旁中央小叶；红色表示数值升高；蓝色表示数值减低)

3 讨论

作为一种以接纳及不评判为前提培育注意力并聚焦于当下的内部过程，正念与对应的心理干预对许多精神、心理问题具有较好治疗效果[6]，并有助于提升普通人群的心理健康水平。阐明其潜在的神经机制可为正念在心身干预中的应用提供新的线索和依据。

3.1 脑网络小世界特性 本研究发现，8周正念减压训练前后受试者脑功能复杂网络均具有小世界属性，且训练后全脑Eloc、γ、和σ均下降，而Eglob无显著改变，其整合与分离并存的特征进一步反映了网络的小世界特性。较低Eloc意味着“改道”的可能性增加，提示皮层网络功能“分离”趋势[7]；Eloc下降也表明网络向随机化转变，反映不同神经元中心区域总体效率降低以及整合-分离平衡的变化，提示短期正念练习可引起大脑信息加工模式改变。

3.2 节点(脑区)属性 有研究[8-9]认为正念主要影响外侧额叶及基底核区。较早期研究[10]发现正念与负责压力应答和情绪调节的皮质—边缘回路的神经重塑有关，且海马、尾状核灰质体积下降与特质正念相关，压力诱导的杏仁体—膝下前扣带功能连接增强可被正念冥想练习逆转[11]。对创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder， PTSD)患者的研究[12]发现，正念可增强喙部前扣带、背内侧前额叶及左侧杏仁体在社会情绪加工任务中的激活性。本研究观察到Ei_glob、Ei_loc和Be改变的节点主要分布在额叶(包括前额叶)、顶叶、颞叶及皮层下，涉及联合皮层区域、边缘及旁边缘系统和皮层下功能区。目前对正念练习者的复杂网络分析较少，尾状核[13]、丘脑[14]、旁中央区域、岛叶[15]在冥想练习者或冥想状态中都显示出复杂网络属性的改变。上述脑区参与基底核—丘脑—皮质环路，与强化学习有关[16]，其中目标导向的学习由尾状核调节，而习惯性学习由壳核调节[16]。冥想练习的减压效应可能与从目标导向到习惯性学习的转化有关[13]。本研究发现壳核Ei_glob升高提示壳核在整合信息加工中的角色增强，而尾状核Ei_loc增加则提示该脑区从功能上呈现“分离”趋势，证实了上述推论。本研究中壳核Ei_glob与FFMQ评分呈正相关，随着正念学习的习惯化和目标导向学习过程的易化，推测该脑区以增强信息整合的方式参与了该转化过程。

既往研究[17]报道了前额叶区域与正念的关联。本研究发现前额叶区域Ei_glob及Be值下降，可能提示前额叶脑区在全局信息处理中负荷下降。自下而上的情绪调节并不需要认知控制或语义加工的参与，主要涉及情绪产生脑区(如杏仁体、背侧扣带回及岛叶前部)及内隐情绪调节区域(如背外侧前额叶)[18]。本研究观察到前额叶区域网络效率下降而基底核区网络效率升高，可能反映所采用正念训练方法的侧重不同，即以基于自下而上的对感受的觉知练习为主，而非自上而下的注意控制。

本研究样本量相对较少，采用自身前后对照而未单独设置对照组，后续研究中尚需增加样本量，设置对照组或假干预组，以进一步明确正念对脑功能网络的影响；其次，在正念的诸多成分中，需要依照不同的操作指令进行试验设计，如前述自下而上对感受的觉知练习或自上而下的注意控制，以区分其不同成分的影响；再者，对正念效应进行客观行为学评价而非主观报告以及纵向随访，也是未来研究中需重点关注的问题。

综上所述，短期正念减压练习能引起大脑功能网络小世界属性的改变，前额叶网络效率下降而基底核区域网络效率增加，反映了自下而上的调节机制，部分脑区节点效率可反映训练后正念能力及情绪状态，为进一步探寻短期正念训练对大脑功能网络的影响提供了一定线索。