基于自然主义范式的强迫症患者大脑网络的动态特性研究

本研究采用自然主义电影观看范式结合隐马尔可夫模型（HMM），对比35例OCD患者与45名健康控制者（HC）在电影观看及前后静息期的脑网络动态。结果显示OCD患者后静息期DMN、SAL和EXEC网络呈现持续性激活，状态转换僵硬且分散，这些动态特征与OCD症状维度显著相关，提示网络动态灵活性受损可能是OCD的核心神经机制，为干预提供新靶点。

林楚华|李一红|刘金奇|郭琪慧|卡罗尔·A·塞格|侯刚强|杨琼|彭子文

应用心理学研究中心，广东省心理健康与认知科学重点实验室，华南师范大学心理学系，广州，中国

摘要

强迫症（OCD）的特点是普遍存在的认知缺陷，这表明大规模功能脑网络的组织方式不典型。尽管在静息态和基于任务的神经影像学研究中已经广泛记录了这些网络异常，但对于OCD大脑在面对自然、丰富的情境刺激时如何动态重构却知之甚少。在这项研究中，我们将自然观影范式与隐马尔可夫模型（HMM）相结合，以探讨在更接近现实认知需求的条件下脑网络状态的时间演变。80名参与者（35名OCD患者和45名健康对照组）在观影前、观影期间和观影后接受了功能性磁共振成像（fMRI）扫描。HMM识别出14种不同的脑状态，并通过分数占据率、停留时间和转移概率量化了各组之间的时间特性差异。虽然两组在观影期间的脑动态大致相似，但在观影后的静息状态下，OCD组出现了明显的异常，包括默认模式网络（DMN）、显著性网络（SAL）和执行控制网络（EXEC）的持续激活，以及僵化且分散的状态转换。这些改变的动态与特定的OCD症状维度相关。总体而言，研究结果表明，DMN-SAL-EXEC动态的情境依赖性僵化可能是OCD的核心神经机制，并突出了旨在恢复灵活状态转换和适应性网络重构的潜在干预目标。

引言

强迫症（OCD）是一种常见的慢性精神疾病，全球终生患病率约为2%–3%，通常在青春期或成年早期发病。其特征是侵入性的、不想要的想法和重复的、刻板的强迫行为，这些行为令人痛苦且难以控制（美国精神病学协会，2013年）。该疾病往往呈复发性病程，并经常与其他精神疾病共病，导致学业、职业和社会功能的显著损害（Lochner等人，2014年；Meier等人，2016年；Pérez-Vigil等人，2018年；Jalal等人，2023年）。虽然大多数患者可以从药物和认知行为干预中受益，但仍有部分患者反应不佳，仍有复发风险（Ahmari和Rauch，2022年）。这些临床挑战凸显了我们需要进一步了解OCD背后的神经生物学机制。

越来越多的证据表明，OCD的核心症状与认知灵活性、抑制控制和目标导向学习的障碍密切相关。这些功能障碍与大规模脑网络的异常有关，特别是默认模式网络（DMN）、执行控制网络（ECN）和显著性网络（SN）（Finn，2021年；Finn和Bandettini，2021年；Saxena和Rauch，2000年）。因此，神经影像学已成为研究OCD病理生理机制的核心工具，因为它能够对大规模脑网络活动和功能连接性进行体内表征。

迄今为止，大多数OCD的神经影像学研究依赖于静息态功能性磁共振成像或基于任务的fMRI范式。虽然这些方法已经发现了区域激活和功能连接性的变化，但它们的生态有效性有限。静息态范式捕捉的是在没有明确刺激下的内在活动（Cabral等人，2017年；Lurie等人，2020年），而基于任务的范式则在高度受控的条件下分离特定的认知过程（Chen和Glover，2015年；Finn，2021年）。这两种方法可能无法充分反映日常生活中连续且情境依赖的认知需求（Finn，2021年）。在现实世界环境中，个体必须不断整合感官输入与内在意图、动机和预测，灵活地在不同的认知状态之间转换（Friston，2010年；Friston等人，2012年）。

自然范式作为一种有前景的方法，有助于弥合这一差距。其中，观影范式特别适合同时激活多个认知和情感系统，引发个体间高度同步的神经反应和动态状态转换（Hasson等人，2004年；Raz等人，2016年；Meer等人，2020年；Finn和Bandettini，2021年）。重要的是，先前的研究表明，脑活动在刺激暴露后不会立即恢复到基线水平；相反，任务后的休息可能会保留先前经历的持续影响，改变随后的静息态连接性和动态组织（Martin等人，2021年；Wang等人，2012年）。基于电影的范式也显示出对精神疾病群体（包括自闭症谱系障碍和精神分裂症）中异常神经动态的敏感性（Bolton等人，2018年；Yang等人，2020年）。然而，类似的异常是否也存在于OCD中，尤其是在刺激后的恢复阶段，目前尚不清楚。鉴于日常生活通常涉及环境刺激和自发休息的交替，休息-观影-再次休息的设计可能更接近现实世界的时间结构，并为描述OCD中的大规模脑动态提供了一个全面的框架。

捕捉这种动态需要能够模拟短暂和反复出现的脑状态的分析方法。传统的静态功能连接性分析通过长时间平均信号，本质上无法检测到快速的状态转换和大规模网络的时间重构（Lurie等人，2020年）。即使是常用的动态方法，如滑动窗口分析，也受到参数选择任意性和缺乏统一理论指导的制约（Vidaurre等人，2016年，Vidaurre等人，2018年），以及窗口内稳定性的内在假设（Vidaurre等人，2016年），这可能会掩盖快速演变的神经配置。隐马尔可夫模型（HMM）提供了一个强大的数据驱动框架，可以直接从fMRI时间序列中推断出一组重复的潜在脑状态及其概率时间转换，从而实现对大规模神经动态的精细表征（Vidaurre等人，2017年；Zalesky等人，2014年；Chang等人，2021年；Hansen等人，2015年）。从推断出的状态中，可以得出分数占据率（FO）、停留时间（DT）和转移概率（TP），提供状态稳定性、持续性和灵活性的补充指标。新兴的临床神经影像学证据进一步表明，包括自闭症（Qian等人，2024年）、焦虑症（Camacho等人，2025年）和抑郁症（Geng等人，2025年）在内的神经精神疾病与这些参数的系统性改变有关，突显了它们作为疾病相关神经动态功能障碍的定量标志物的潜力。

本研究结合了自然的“休息-观影-再次休息”范式和HMM分析，以在更接近现实世界的条件下捕捉OCD患者的动态脑状态。通过分析脑状态维持、转移概率和激活模式，本研究旨在阐明OCD症状动态异质性的神经机制，并为新的干预目标的开发提供依据。具体来说，我们的目标是：（Ahmari和Rauch，2022年）识别观影期间及相邻休息期的脑激活状态；（美国精神病学协会，2013年）描述这些状态在OCD患者和健康个体之间的动态特性差异；以及（Beck，1961年）测试个体脑状态差异是否与OCD症状相关。

部分内容

参与者

共有80名参与者参与研究，包括35名OCD患者和45名健康对照组（HCs）。OCD患者是通过深圳康宁医院的临床推荐招募的。OCD诊断由经验丰富的精神科医生使用迷你国际精神病学访谈（Mini-International Neuropsychiatric Interview，M.I.N.I.；Sheehan等人，1998年）根据DSM-5标准（美国精神病学协会，2013年）进行确认。所有评估均

结果

本研究最初招募了38名OCD患者和47名健康对照组（HCs）。经过质量控制后，排除了头部运动过大的影像数据（平移>2.0毫米，旋转角度>2°），最终得到80名有效参与者。其中，35名属于OCD组（28名男性；平均年龄（标准差）26.34岁），45名属于HC组（30名男性；平均年龄（标准差）27.82岁）。两组在年龄（t₈₀=0.70；p=0.49）或性别方面没有显著差异

讨论

在本研究中，我们旨在识别OCD患者和健康对照组在自然观影及相邻休息期间的共同脑激活状态，描述它们在动态特性上的组间差异，并探讨状态动态与OCD症状维度之间的关联。

利用HMM，我们识别出14种可重复的潜在脑状态，每种状态代表一种不同的大规模网络协同激活模式（Hansen等人，2015年；Vidaurre等人，

结论

我们创新地将自然范式与HMM相结合，研究了OCD患者的大规模脑网络动态异常模式。我们识别出14种可重复的脑状态，并发现，尽管OCD患者在自然刺激下的整体脑动态与健康对照组相似，但在刺激后的休息期间，他们表现出异常的状态占据率和转换模式，其特征是DMN、SAL和EXEC的持续激活。

作者贡献声明

林楚华：概念化、方法论、数据管理、正式分析、初稿撰写。李一红：数据管理、正式分析、初稿撰写、审稿与编辑。刘金奇：数据管理。郭琪慧：数据管理。卡罗尔·A·塞格：审稿与编辑。彭子文：概念化、方法论、撰写、审稿与编辑、资金获取、监督。

伦理标准

作者声明，所有参与本研究的过程均符合相关国家和机构关于人类实验的伦理标准，以及1975年《赫尔辛基宣言》（2008年修订版）的要求。伦理批准已获得华南师范大学心理学系人类研究伦理委员会（SCNU-PSY-2024-149）的批准。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究部分得到了国家自然科学基金（32471141和32171081）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515011782）、华南师范大学心理学一流学科建设、薄弱环节改进与特色突出（SIH）项目以及中国广东省脑认知与人类发展研究中心（编号2024B0303390003）的支持。