文摘

客观、准确地评估疼痛临床设置是具有挑战性的。先前的研究表明,α振荡的脑电图数据与主观感知疼痛。基于这一发现,本研究的目的是评估慢性下腰痛基于α振荡。多通道脑电图数据记录来自27个科目与慢性下腰痛的简单条件下关闭眼睛或打开眼睛。光谱分析进行了提取α乐队的反应,和阿尔法大国计算两个条件,分别。归一化α权力被减去计算α权力睁眼条件和闭上眼睛条件。阿尔法权力之间的关系和主观疼痛强度评估额,中部和后部区域。归一化α在中部地区与主观疼痛强度负相关( , ),与最大关联发生Cz电极( , )。相关性分析结果表明利用α谱能力的差异的可能性之间的闭上眼睛,睁眼条件作为衡量评估慢性下腰痛。研究结果表明,归一化α在中部地区可能被用作衡量慢性疼痛的临床应用和定量指标。

1。介绍

疼痛,特别是慢性疼痛,是最大的一个公共卫生问题在我们的社会1]。国家健康统计中心的一项调查发现,下腰痛(LBP)偏头痛或严重的头痛,关节疼痛是临床实践中最常见的类型的慢性疼痛(2]。因此,一个有效的方法来衡量和量化枸杞多糖是需要达到更好的诊断和管理在临床设置(3]。

因为疼痛是一个主观的个人经验,自我报告的疼痛强度评估疼痛被认为是黄金标准在临床情况下(1,2]。然而,临床疼痛测量总是需要仔细评估和熟练的临床医生指导(4]。此外,自我报告的疼痛强度没有对一些弱势群体来说,严重的认知或交际障碍,无法提供一个自我报告(5]。因此,客观衡量疼痛的强度,预计将与标准相关的措施,如视觉模拟量表(血管)1),可以补充自我报告是有用的在临床实践中,如监控镇痛药物或跟踪复苏的影响疼痛的系统的患者(相往来5,6]。

脑电图(EEG)是一种非侵入式监测技术,被广泛用于探测与高时间分辨率神经障碍。近几十年来,技术已经发展到客观量化主观感知疼痛通过皮层措施来源于脑电图反应短暂,锁相有害刺激(7,8]。因为大脑活动在多个瞬态痛苦的刺激引发的大脑区域通常是与疼痛强度,研究人员积极识别大脑活动特征,可以作为生物标志物为客观的疼痛评估(9]。然而,这样的短暂刺激的能力可能有限可靠地模拟临床自然和痛苦的经历,即使考虑急性疼痛(8]。因此,越来越多的研究都集中在发展中客观的方法来测量慢性疼痛通过持续的疼痛刺激,可能引起non-phase-locked皮质反应所观察到的类似脑电图数据与慢性疼痛(10- - - - - -12]。

记录和描述皮质电生理反应慢性疼痛需要测量除了与事件相关电位,即连续脑电图。连续脑电图数据通常分析通过将他们从时域到频域。脑电图在不同频段包括θ,β和γ报道与疼痛知觉(13- - - - - -16],尽管没有一个明确的共识决定哪些有节奏的乐队最可靠的相关性与不同程度的引起疼痛。与其他频率域相比,α带振荡8—13赫兹()是最常见的探索17(考虑到γ波产生在大脑深处,因此不容易记录头皮脑电图(18),而有关疼痛β脑电波活动的资料稀缺(16,19,20.])。此外,静息状态的脑电图记录发现α振荡随时间是稳定的(21),高度遗传的(22),和独特的个体在某种程度上,它可以作为“统计签名”(23]。据报道,实验诱导瞬态疼痛引发α功率下降(9,11,21]。与瞬态有毒痛苦的经历相比,发现关于α振荡活动紧张性疼痛的效果不一致的:一些研究表明,α节律引起紧张性疼痛抑制frontal-central或parietal-occipital地区(15,24- - - - - -26),而另一些报道,α振荡是增强这些大脑皮层区域(14,27]。虽然没有明确的共识关于如何处理α功率变化持续刺激,α带振荡通常被认为是与不同程度的疼痛18]。此外,人们已经发现,频率对应于最大α功率静止预测个体对主音有毒热刺激响应性(24]。

这之前报道α振荡之间的关系和主观感知疼痛鼓励我们调查α振荡是否获得连续休息脑电图与慢性疼痛患者的主观感知疼痛的报道。然而,我们先前的研究是有限的,受试者健康成年人,所以主音有害刺激被用来诱导疼痛和引起脑电图振荡(15,26]。尽管实验诱导紧张性疼痛刺激类似于感官体验在临床环境比短暂的刺激,他们可能不需要相同的神经反应疼痛(18,19,28]。一些电生理和脑成像研究患者遭受慢性疼痛的报道不一致的发现自发振荡活动的变化及其与疼痛强度(13,29日- - - - - -31日]。这些初步的研究大多是在疼痛的患者进行不同的起源,和数据分析没有标准化。因此,进一步的研究是需要扩大前发现疼痛人口。因此,在目前的研究中,我们旨在调查α振荡,是否客观的神经生理学参数,可以作为衡量和量化指标与慢性LBP有关。

众所周知,α活动脑电图数据主要在正常个体的闭上眼睛休息(EC)条件和抑制睁眼(EO)条件32]。许多先前的研究检查脑电图数据之间的差异在欧共体和EO静息状态的条件来确定合适的基线数据协议开发(33]。一般来说,电子商务条件下建议作为基准的脑电图测量静息状态不同的实验设计,特别是那些不涉及视觉刺激的任务(32]。此外,巴里和De Blasio [34)报道,与其他的乐队相比,阿尔法带展品减少稳定广泛的活动从欧共体到EO条件没有地形变化,允许欧盟和EO数据汇集在时间后续分析。这些发现可能意味着与脑电图的直接记录振荡EO条件下根据传统的实验协议,采用EC /光电实验范式的EC条件被认为是一个基线静息状态的承诺获得相对稳定的归一化α的力量。因此,我们分析可能脑电图振荡的α乐队(αEO条件下或归一化α)相关联的主观感知的慢性腰痛。我们也比较不同参数的性能疼痛评估,然后提出一个合适的一个。

2。材料和方法

2.1。主题

27例慢性腰痛患者招募在这项研究中,包括20个女性和7个男性。他们的平均年龄是 ( )年。没有一个病人有神经或精神疾病史,没有以前的历史神经或脊髓手术。他们没有具体neuromusculoskeletal病理学诊断为枸杞多糖,经过认真的临床评估由经验丰富的临床医师。所有科目都痛苦枸杞多糖平均持续时间为5.6年(范围2 - 20年)。受试者入选本研究被要求仔细阅读研究协议。那些无法理解的科目协议遵循临床医生的指导很好被排除在外。

在每个实验之前每个主题提供通知书面同意。这项研究是根据指导方针进行的《赫尔辛基宣言》。实验机构审查委员会批准的协议是大学的香港医院管理局和西部集群(华盛顿大学08 - 181)。这项研究是在临床试验注册中心注册(https://register.clinicaltrials.gov/)注册号码NCT03511404。

2.2。脑电图记录

连续使用64通道脑电图记录进行Neuroscan系统(Compumedics有限,维多利亚,澳大利亚)使用一个电极帽根据10 - 20系统。带通滤波器的系统是建立在0.01 -100 Hz, 5000 Hz的采样率。一个电极放在鼻子被用作参考通道,和每个电极的阻抗位置一直低于10 kΩ。四电极表面记录electrooculographic信号:一对被横向的转角右和左轨道1厘米的距离,另一对是放置在上下眼睑。

2.3。实验的程序

每个主题在一个安静的坐在一个舒适的扶手椅,温控房间。主题是熟悉的疼痛评定量表和实验过程在实验之前,明确指导下一位经验丰富的理疗师。在实验期间,每个主题开始休息后EC的EO基线期,每5分钟。EO条件,受试者被要求保持放松但警觉。脑电图记录后,受试者被要求口头评价他们对疼痛强度清廉血管,其中0被定义为“没有疼痛感”和10“最严重的疼痛”。

2.4。脑电图数据分析

本研究的数据分析过程见图1。原始脑电图数据首次将采样预处理,带通滤波,分段连续的时代。然后,光谱分析来获得光谱势力α乐队(αEO条件下和归一化α)。最后,不同的参数对枸杞多糖的性能评估是由与主观感知的枸杞多糖相比的。


图1
流程图描述用于脑电图数据分析的过程。
2.4.1。数据预处理

原始脑电数据处理在MATLAB环境(MathWorks公司,马萨诸塞州,美国)。将采样数据后到1000赫兹,数据为每个条件(EC和EO)带通滤波在外墙面赫兹的范围。然后,每个5分钟脑电图记录是300年划分为连续的1 s时代,其中前五被拒绝,避免诱发反应与打开或关闭眼睛的作用。每个时代都在其持续时间基线和拒绝,如果活动在任何头皮网站超过±100μ在任何时候V。脑电图段含有强烈的肌肉被目视检查手动消除工件。时代受到眨眼和动作纠正使用独立分量分析(ICA) EEGLAB V13.0,一个开源工具箱在MATLAB环境中运行。确定组件的主要标准是工件的头皮地图,组件时间进程和组件活动的功率谱(35]。在所有的数据集,独立的组件有一个很大的眼电图(小城镇)通道贡献和前额头皮分布被移除。预处理和选择后,剩下的artifact-free, 1 s时代从所有27个受试者被选中作进一步分析。

2.4.2。光谱提取

作为本研究的目的是调查α乐队活动之间的关系和主观感知的枸杞多糖,只有数据关于α频率范围8—13赫兹()。每个主题的分段脑电图时代每个条件从时域转换到频域,使用快速傅里叶变换(FFT),产生功率谱(μV2)。对于每个主题和电极,得到功率谱在频带总结总结的光谱功率值α乐队为每个时代;这个过程被重复所有条件。对于每个电极,得到单历功率谱平均跨时代提高信噪比。为每个主题和条件,功率谱平均在三个区域:额(Fz F3, F4, FC1和FC2),中央(Cz C3, C1, C2, C4 CP1, CPz, CP2),和后(Pz P3, P4, O1,盎司,和O2)。这些电极被选中之前,因为充足的证据表明他们实质性的相关性实验诱导紧张性疼痛(10,24,25,27,36]。

两个计算α权力进行探讨各种可能的皮质参数可能与主观感知的慢性腰痛。平均α功率值为每个主题是获得欧共体和EO条件分别使用光谱分析。EO条件利用获得的值作为一个变量相关分析来评估得分与血管的关系。第二个参数研究了α乐队权力之间的差异在EC和EO条件导出了α功率归一化(在这里,绝对alpha功率值之间的差异在欧共体和EO条件是统计分析的规范化α权力)。

2.4.3。统计分析

所有在MATLAB环境中进行了统计分析。研究全球变化在α活动中,每个主体获得的权力差异在三个主要区域的平均(额,中部和后部)。平均值和标准偏差(SD)为每个参数计算。

脑电图反应之间的关系和主观疼痛强度(脉管分数)评估通过线性回归和皮尔逊相关分析,以及 使用Bonferroni值修正为多个比较方法。具体地说,两个相关性进行确定(1)α功率值获得休息脑电图数据是否与主观感知的慢性腰痛和(2)参数(α权力从EO条件或归一化α)和疼痛强度关联性更强。因此,第一个α权力之间的关系是评估值EO条件和脉管分数,和第二个关系评估之间的绝对alpha功率降低EC EO条件和脉管的分数。统计学意义是 。

3所示。结果

3.1。在不同条件下光谱功率

图2显示10年代长预处理脑电图信号来源于Cz电极在一个随机选择的主题在EC和EO条件。图3显示了意味着αEC和EO条件下功率谱密度平均值额(Fz F3, F4, FC1和FC2),中央(Cz C3, C1, C2, C4 CP1, CPz, CP2),和后(Pz P3, P4, O1,盎司,和O2)电极。EO的光谱功率条件明显减少与α带内的电子商务条件下的三个主要区域。

(一)
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(b)
(b)
图2
代表10年代长预处理脑电图记录来自Cz电极在一个随机选择的主题(a)闭上眼睛(EC)和(b)睁眼(EO)条件。
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(c)
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图3
平均脑电图功率谱密度下闭上眼睛(EC)和睁眼(EO)条件(一)额,中部(b)和(c)后的地区。
3.2。全球α功率变化之间的条件

研究全球变化α,α乐队中的绝对权力差异计算,然后在每个电极的平均额,中部和后部区域。内的地形影响总结光谱功率降低α乐队8—13赫兹(如图)4(一)。结果显示之间的全球抑制α节律EC和EO条件,尤其是在枕叶皮层。额区局部增加,但减少当计算电极。的手段和SDs权力差异的每个主题三个区域在图所示4 (b)。平均总结α谱功率降低 μV2在额叶区域, μV2在中部地区, μV2在后部区域。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
闭上眼睛(a)全球权力差异(EC)和睁眼(EO)条件在α频段和统计结果的三个主要区域。(b)的手段和SDs权力差异为每个主题的三个地区。
3.3。α权力和主观疼痛评分之间的相关性

α谱之间的相关性的每个主体获得EO条件和主观疼痛强度如图5;没有观察到的线性关系在任何区域( )。之间的关系之间的权力差异EC和EO条件和脉管分数显示在图中6。减少α在中部地区(Cz C3, C1, C2, C4 CP1, CPz, CP2)与主观疼痛评分(负相关 , ;图6(一)),并观察相关性最强的信号从Cz电极( , ;图6 (b))。然而,没有这样的线性关系观察血管分数和α势力之间的额( , ;图6 (c))或后电极( , ;图6 (d))。

(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
图5
α睁眼(EO)条件下功率之间的关系和主观感知疼痛的强度(a)额( , ),(b)中心( , ),和(c)后( , )地区。
(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图6
α功率降低之间的关系从闭上眼睛(EC)条件睁眼(EO)条件和主观感知疼痛的强度(a)中心( , ),(b) Cz电极( , ),(c)额( , ),和(d)后( , )地区。

4所示。讨论

在这项研究中,我们评估α权力之间的关系,客观的神经生理学参数,和主观经验的痛与慢性LBP的报告。观察到降低α在中部地区的条件下开放闭上眼睛休息状态下有一个负线性关系与主观疼痛等级。此外,归一化α权力和脉管成绩之间的相关性表明,α乐队之间的光谱变化的EC和EO条件休息脑电图数据可能作为衡量和量化指标主观感知慢性疼痛。

对于特征提取α频段内,我们专注于α谱功率。与其他频率域相比,α带振荡(8日至13日Hz)是最常见的探索,并减少指标一再与政府相关的有害刺激(15,17,22,24,27,37]。指出,伽马振荡特性也已报告与疼痛知觉和被认为是一个潜在的疼痛评估工具(14,15,18]。然而,伽马振荡的信噪比很差(27],因为更高的频率数据通常容易受到很多nonneural工件(例如,颅和眼部肌肉活动)与实际临床使用困难,而α活动有关的实验诱发疼痛的躯体感觉皮层,更可靠地衡量头皮(18]。基于先前的发现(32- - - - - -34),确定稳定可靠α乐队活动,欧共体和EO条件进行评估实验。使用简单的灯关闭和打开眼睛,阿尔法权力对于每个条件,直接获得,α的变化带之间的绝对权力减少是通过计算获得的条件。每个主题都平均获得的权力差异额,中部和后部区域评估全球变化α活动。统计分析的手段和SDs动力改变了全球抑制α节律从欧共体到EO条件。作为健康的人的观察研究(34),α减少慢性腰痛患者后地区相当大,这表明唤起EO条件与EC条件。在1920年代被伯杰(38),α节律性活动是最强的电生理信号测量的表面人类大脑清醒。高水平的α活动以前解释为皮质空转因为α活动增加大脑区域中不从事一项任务。

调查是否α权力与主观感知的慢性LBP和提出一个更有用的参数,脉管分数的关系与两个不同的变量(αEO条件和权力规范化α)。相关分析的结果表明,增加主观认为慢性腰痛是完全与减少振荡EC和EO条件之间的α权力在中央地区(静息状态)。与我们的研究结果一致,减少α乐队的前面主音工作实验中观察到的痛苦同时使用耐热和cold-presser测试(10,15,27,36,39- - - - - -42]。与先前的研究相比,基于stimuli-evoked疼痛反应,我们的研究结果表明,α的抑制振荡从自发EEG信号中提取与主观疼痛强度的线性关系在慢性腰痛患者。这一发现可能表明αEC和EO条件之间的权力差异记录在休息的时候可以揭示个人倾向疼痛反应。不同于以往的研究(14,15,24,27,36,39),每股收益在健康受试者持久的刺激引起的,我们收集自发休息从慢性腰痛患者脑电图数据。因为这个过程不需要任务,EEG数据可以更容易获得患者没有培训执行特定的任务。因此,本文中使用的方法可以作为一个简单的和有用的临床方法测量主观疼痛强度。此外,一个正在进行的辩论关于nociception-associated皮质振荡活动的变化是观察到的现象是否引起疼痛或仅仅是外部刺激的特点。胡锦涛et al。(37)表明,α功率波动引起的相位的刺激可以反映sensory-related和任务相关皮层过程,sensory-relatedα与事件相关的失调(αerd)主要是位于侧中央电极,和任务相关αerd位于后顶叶和枕电极。然而,目前尚不清楚任务如何可能影响pain-induced自发振荡活动的变化。因为我们实验的参与者没有要求执行一个任务,没有收到任何外部刺激,我们可以排除凸起的效果。

因为它使得基于脑电图结果也符合测量在慢性疼痛患者,发现降低大脑皮层抑制pain-controlling地区(8]。纤维肌痛的患者,然而,一些研究疾病机制产生慢性疼痛仍然是难以捉摸的,报道增加或改变大脑皮层抑制(31日,43]。其他的研究报告,而增加β振荡(16)和低伽马振荡(14在神经源性疼痛。大多数这些研究进行了使用不同的电生理技术和脑成像方法,和不同的分析频域分段达标。此外,数据获取与闭上眼睛条件与记录在睁眼条件汇集在一起,据报道,这大幅修改地形和不同频率成分的大小(33]。在我们的研究中,所选数据记录只在α频率分割和规范化使用验证方法32- - - - - -34]。结果暗示该小说实验设置中使用本研究使更加稳定和可靠的α振荡的有效提取比传统的方法,它允许有意义的相关性。此外,这种neurophysiological-psychophysical关系扩大现有的知识关于长期疼痛量化基于α振荡通过描述一个独特的功能角色的权力代表主观紧张性疼痛除了他们之前的经验探索特征(37,39,44]。电生理信号的识别编码皮层如何处理慢性疼痛的经验确实可以打开窗户来研究人类潜在疼痛功能皮层过程中(45]。在临床实践中,这种理解也将使其可以客观地预测主观疼痛强度和帮助探索慢性疼痛的病理机制,达到缓解疼痛调制振荡活动使用neurofeedback技术,与皮质振荡活动对慢性疼痛患者的调查(18]。

阿尔法的中部地区是最适应主观疼痛强度的变化。虽然它可能很难把电活动记录大脑头皮与特定的来源,他们的分布是一致的与疼痛相关活动在躯体感觉协会地区位于顶叶盖和脑岛。类似的结果也出现在颅内脑电图研究识别振荡活动通过使用补药thermonociceptive刺激(27,36,42]。先前的研究特点的皮质表示疼痛的主要感觉运动区(S1 / M1)利用癫痫患者的皮层诱发电位(46]。我们的发现表明,中央处理慢性疼痛在个体可以通过他们的疼痛的神经功能调查网络静止,使预测主观疼痛不使用外部的刺激响应性。这个结果也补充α带振幅研究的报告在慢性疼痛患者的同一位置(17]。基于α振荡活动之间的密切联系和皮质兴奋性(37,44),观察到显著抑制中部地区(特别是在Cz电极)可能表明在感觉运动皮质兴奋性升高。此外,α节律的一般作用在抑制大脑中不同的过程可以作为框架来解释结果(47,48]。抑制α和频带能量被认为引起自顶向下反馈效应在不同皮层区域的连通性,使信息流动的感觉区其他相关功能区域,以应对疼痛(49,50]。此外,这项发现显示增加中央处理慢性腰痛的情况下,基于α振荡活动之间的密切联系和皮质兴奋性(37,44,51]。

然而,尽管我们的研究一直在精心设计良好的临床教育和指导评估疼痛减少个体差异,个体差异等个性或性格差异可能导致主观疼痛知觉的差异(27]。没有权力更高的统计相关性的结果可能是由于异常值的影响,考虑到数量有限的试验。此外,我们的研究对象的性别、我们有一个更大比例的女性参与者。在目前的研究中,我们不以性别平衡为影响因素考虑到之前的研究没有观察到任何重要的固定效果从痛苦的脑电图特征(性别差异22]。更加平衡的招聘将在未来进行性别测试效果。

5。结论

在这项研究中,我们发现抑制α频段的中央电极条件下开放闭上眼睛休息状态下有一个负线性关系与主观感知的慢性腰痛患者的疼痛。抑制的程度可能反映了主观疼痛强度的水平。这些初步结果,尽管需要确认,给的可能性的客观和直观的评估慢性疼痛的一个简短的脑电图记录在休息的时候。

有几个限制的工作,可能在将来的研究中得到解决。首先,作为受试者慢性下腰痛患者,需要进一步调查来扩大当前的发现其他临床疼痛的人群。增加的力量的方法,并能够检测可靠α振荡的变化,更多的试验可能是必要的。此外,潜在的神经活动在慢性疼痛的机制仍然需要澄清。广泛的脑电图源定位和连通性分析可以进一步探索实现这些流程。最后,尽管目前的研究集中在α频率乐队由于他们与疼痛,应考虑额外的乐队来识别信号之间的关系在其他频率与主观感知疼痛。

数据可用性

生成的数据集或分析在当前的研究中不公开由于参与者同意的条款同意但可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Y.H.进行概念化。Y.H. L.F.执行方法。L.F.和上半叶安全软件。H.C.,X.X., and S.X. performed the validation. L.F. and H.L. contributed to the formal analysis. Y.H. contributed to the data curation. L.F. contributed to the writing—original draft preparation. L.F. and Y.H. performed the writing—review and editing. Y.H. and H.C. contributed to the funding acquisition. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

确认

高级理疗师作者感谢赖威敏Waiying理疗,伊丽莎白女王医院,香港,她的帮助病人的指导和认真的临床评估。我们感谢梨纹Bianji Edanz集团,中国(https://www.liwenbianji.cn/ac),编辑的英语文本的手稿。这项研究是由中国国家重点研究和发展项目,资助2017号yfb1300301,和天津市自然科学基金,格兰特18 jcybjc29600数量。