前额叶激活与抑制功能在焦虑与睡眠质量关联中的作用:一项功能性近红外光谱(fNIRS)研究

时间:2026年1月30日
来源:Journal of Affective Disorders

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焦虑症患者与健康对照相比在睡眠质量、抑制控制及前额叶皮层激活方面显著受损,fNIRS显示DLPFC激活和抑制性能串行中介焦虑与睡眠质量的关系,提示神经认知干预可能改善睡眠。

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林炳彦|王迪凡|肖弗斯·玛雅·J.|黄颖|郑峥|刘欣颖|徐伟
荷兰格罗宁根大学医学中心,格罗宁根大学初级与长期护理系

摘要

背景

焦虑和睡眠障碍之间存在密切关联,但它们背后的神经和认知机制尚未得到充分理解。本研究在临床背景下探讨了前额叶皮层(PFC)激活和抑制功能在其中的角色。

方法

共有181名参与者参与研究,其中包括91名焦虑症患者和90名年龄和性别匹配的健康对照组(HCs)。参与者完成了Zung自我焦虑量表(SAS)、匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)以及颜色-单词斯特鲁普任务。任务过程中前额叶的激活情况通过功能性近红外光谱技术(fNIRS)进行测量。

结果

与健康对照组相比,焦虑症患者的睡眠质量更差,反应时间更慢,抑制能力更低,前额叶皮层激活也减弱(所有指标的p值均<0.001)。在任务相关的功能连接性方面,两组之间没有显著差异(p值=0.94)。焦虑与睡眠质量较差(r值=0.76,p值<0.001)和抑制功能受损(r值=0.46,p值<0.001)呈正相关,与前额叶皮层激活(r值介于-0.6至-0.2之间,p值<0.05)呈负相关。睡眠质量差与抑制功能缺陷(r值=0.5,p值<0.001)和前额叶皮层激活减弱(r值介于-0.59至-0.19之间,p值<0.05)呈正相关。序列中介分析表明,背外侧前额叶皮层(DLPFC)的激活和抑制功能在焦虑与睡眠质量之间起到了中介作用。

结论

我们的研究结果表明,DLPFC的激活和抑制控制是连接焦虑与睡眠质量的神经认知通路。因此,增强抑制功能的干预措施可能有助于改善焦虑症患者的睡眠质量和整体功能。

引言

焦虑症是全球最常见的心理健康问题,影响了约4%的世界人口(世界卫生组织,2023年)。尽管患病率很高,但准确诊断往往不足,估计有71%至97.8%的病例未被诊断出来,约41%的受影响者未接受治疗(Kroenke等人,2007年;Vermani等人,2011年)。自1990年以来,焦虑症一直是全球主要的健康负担(Santomauro等人,2021年)。焦虑症的症状包括过度担忧、社交和表现相关恐惧、恐慌发作以及回避行为,这些症状都会导致显著的心理困扰、功能障碍(Hendriks等人,2014年;Naragon-Gainey等人,2014年)。
焦虑的一个常见后果是睡眠障碍的发生,这两种情况之间存在高共病率(Fernández-de-Las-Peñas等人,2023年;Ramsawh等人,2009年)。研究表明,焦虑可以预测睡眠障碍(Alvaro等人,2017年;Walters等人,2020年),70%至90%的焦虑症患者报告有失眠症状(Belleville等人,2011年)。然而,焦虑与睡眠之间的确切机制尚未完全明了,有一些证据表明反复思考、睡前拖延、恐惧和情绪波动可能起到了中介作用(Campbell和Bridges,2023年;Faccini等人,2023年;Pace-Schott等人,2015年;Yu等人,2024年)。深入了解这些机制可能改善治疗效果,最终提高焦虑症患者的生活质量,并减轻医疗系统和经济的负担(Coull和Morris,2011年)。
焦虑与睡眠之间的关系很可能与抑制控制有关,抑制控制是指在保持对目标导向认知任务的关注的同时抑制无关刺激的能力(Diamond,2013年)。根据注意力控制理论,焦虑会损害核心执行功能,尤其是抑制能力和注意力转移能力(Eysenck等人,2007年)。支持这一观点的是,易患焦虑的人(He等人,2025年;Klumpp等人,2014年)以及焦虑症患者(Naragon-Gainey等人,2014年)都表现出认知抑制缺陷,这导致他们难以调节担忧。这些缺陷还与焦虑症患者的各种失眠症状(Hovland等人,2013年)、入睡和维持睡眠的困难(Hovland等人,2013年;Richard-Devantoy等人,2016年)、关于睡眠的过度思考(van der Zweerde等人,2019年)以及睡眠稳态和昼夜节律的紊乱(Bradley等人,2017年)有关。综合这些发现,受损的认知抑制可能是连接焦虑和睡眠障碍的关键中介因素。
以往的研究主要使用自我报告问卷来评估抑制能力,但这些问卷容易产生偏差且准确性有限(Freeman等人,2020年;Lewis等人,2022年)。相比之下,颜色-单词斯特鲁普任务被认为是一种更客观、经过充分验证的抑制控制和其他执行功能指标(Bunge等人,2002年;MacLeod,1991年;Macleod,2002年;Stroop,1935年)。在这个任务中,词语意义和墨水颜色之间产生认知冲突,迫使参与者抑制习惯性的阅读反应,转而命名颜色(Bunge等人,2002年;Ely等人,2016年),从而提供了一个可靠且有效的抑制功能行为指标(Wang等人,2024年)。基于此,本研究使用颜色-单词斯特鲁普任务来客观测量抑制控制,并探讨其在焦虑与睡眠之间的关系。
作为核心执行功能,抑制控制与前额叶脑区密切相关(Lischke等人,2015年;Okuda等人,2024年)。先前的研究表明,前额叶皮层(PFC)的激活介导了焦虑与抑制控制之间的关联(Wang等人,2024年),这强调了PFC与抑制控制之间的紧密联系。这表明焦虑与睡眠之间的关联可以通过PFC激活和抑制控制来解释,但目前很少有研究探讨连接焦虑与睡眠的神经认知机制。
为了解决这一空白,本研究探讨了一种潜在的序列中介途径,即PFC激活和抑制控制能力作为焦虑与睡眠之间的顺序神经认知链接。阐明这一双重途径可能为针对焦虑相关睡眠障碍的神经认知干预提供依据,从而提高治疗的精确性和患者的长期效果。为此,我们使用功能性近红外光谱技术(fNIRS)在颜色-单词斯特鲁普任务期间监测大脑功能活动。fNIRS是一种非侵入性、安全且经济高效的神经成像技术,其空间分辨率优于EEG,时间分辨率优于fMRI(Liu等人,2022年)。它对运动伪影的容忍度更高,且比其他成像工具更便携、更易于使用,因此被广泛用于精神疾病患者的大脑功能评估(Liu等人,2022年;Pinti等人,2020年)。
总之,本研究比较了焦虑症患者和健康对照组在焦虑程度、睡眠质量、大脑相关指标(包括斯特鲁普任务期间的PFC激活和功能连接性)以及抑制控制方面的差异。其次,我们探讨了连接焦虑与睡眠的潜在神经认知关联。与以往主要关注非临床样本的研究不同(Cox等人,2020年;Lo等人,2016年;Mitchell等人,2012年),本研究在临床环境中进行,以提高研究结果的普遍性。我们的假设如下:假设1:焦虑症患者除了焦虑程度更高外,还表现出较差的睡眠质量、更严重的抑制控制缺陷、更低的前额叶皮层激活以及更弱的任务相关功能连接性。假设2:PFC激活和抑制能力在焦虑与睡眠质量之间起到了序列中介作用。

参与者

共有91名焦虑症患者和90名年龄和性别匹配的健康对照组(HCs)参与了研究。焦虑症患者是从中国人民解放军总医院的门诊部连续招募的。纳入标准为:(1)根据《精神疾病诊断与统计手册》第五版(DSM-5)(美国精神病学协会,2013年)由精神科医生做出的专业诊断;(2)年龄在19至65岁之间;(3)至少……

人口统计学、临床变量和抑制表现

表1展示了人口统计学和临床变量,结果显示两组在年龄和性别上没有显著差异(所有p值>0.05)。然而,在PSQI总分及其七个维度、SAS评分以及斯特鲁普任务的各项指标上存在显著差异:一致条件与不一致条件下的反应时间和准确性存在差异,以及两种条件下的反应时间和准确性也存在差异(所有p值<0.05)。

两组之间的平均Oxy-Hb变化

在任务期间,焦虑组……

讨论

据我们所知,这是首次使用fNIRS测量PFC激活和颜色-单词斯特鲁普任务中的抑制表现,来探讨焦虑与睡眠质量之间关系的序列中介作用。我们的研究发现,与健康对照组相比,焦虑症患者的睡眠质量明显更差,反应时间更慢,任务准确性更低,前额叶皮层激活也减弱。两组之间没有显著差异……

结论

本研究基于fNIRS数据,发现了一种显著的序列中介途径,连接焦虑与睡眠质量,其中DLPFC激活和抑制表现是关键中介因素。与健康对照组相比,焦虑症患者的睡眠质量更差,抑制表现受损,处理速度更慢,前额叶皮层激活减弱。这些发现强调了神经和认知因素在焦虑与睡眠关系中的相互关联作用。

作者贡献声明

林炳彦:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据分析、概念构建。王迪凡:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据分析、概念构建。肖弗斯·玛雅·J:撰写——审稿与编辑、监督。黄颖:撰写——审稿与编辑、数据管理。郑峥:撰写——审稿与编辑、数据管理。刘欣颖:撰写——审稿与……

伦理和知情同意

本研究已获得中国人民解放军总医院医学伦理委员会的批准(批准编号:S2023-120-02),并在中国临床试验注册平台(ChiCTR2300071053)进行了预注册。所有参与者均签署了书面知情同意书。

资金声明

本研究未接受任何资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们衷心感谢所有参与者的支持和合作。

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