抑郁癥是常見的情緒障礙之一，許多研究表明抑郁癥影響不同腦區的功能，并且抑郁癥表現出的癥狀和神經網絡傳遞紊亂有關。有趣的是，有一些抑郁癥患者在沒有任何治療的情況下會自發緩解。腦電（EEG）信號作為反映人或者動物大腦信號連接和傳遞直接的指標，并且腦內神經網絡中功能連接異常的腦電數據作為抑郁癥治療的一個標志指標。 然而，功能連接性與抑郁癥的自發性緩解之間的關系仍知之甚少。同時關于抑郁癥自發緩解的神經網絡信號傳遞的腦電研究至今未見報道。因此，今天分享一篇來自BMC Neuroscience上的研究論文，該研究的亮點是利用行為學和嚙齒類動物EEG的互相驗證，證明抑郁癥自發緩解的電生理機制。
目前研究中關于抑郁癥的模型有很多，如學習無助模型（Learned helplessness），慢性不可預測性應激模型（chronic unpredictable mild stress），社會挫敗應激模型（social defeat stress），慢性束縛應激模型（chronic restraint stress）等等。理想的抑郁癥動物模型應該滿足三個共同點，那就是：（1）表面效度（face validity）應激能否引起動物出現抑郁樣行為變化，這是測定行為學實驗的理論基礎；（2）構造效度（construct validity），引起行為學的病因是否和抑郁癥患者一致；（3）預測效度（predictive validity），常見的抗抑郁劑能否逆轉因應激引起的抑郁樣表型的改變，這也是實驗設計陽性對照組的理論來源。每種模型都有其理論基礎，都已被證實過，模型成功與否，通過特定的行為學實驗檢測，常見的有高架十字迷宮實驗（檢測焦慮），曠場實驗（檢測運動活動，和探索能力），強迫游泳實驗（大鼠和小鼠，放棄行為）和懸尾實驗（小鼠，放棄行為），以及測學習記憶的水迷宮實驗，和社交活動的社會交互實驗。諾達思信息技術有限責任公司專注行為學研究20余年，自主研發的動物運動軌跡追蹤系統Ethovison可以追蹤平面或者三維空間的任何運動軌跡，在特定實驗要求的宮體環境下，可以自動識別全自動追蹤，進行以上所有的實驗。
同時現代科學研究表明，人的大腦在工作時，會自發性產生電化學反應，這些生理活動以腦電流形式表現出來。在腦電研究中發現，腦電波有不同的波段，不同的波段有不同的意義γ神經震蕩是一種高頻波，頻率在30-100HZ之間，存在于動物和人類大腦的各個區域，如嗅球，丘腦，體感皮層和海馬等部位，在各個尺度上都能被檢測到。
文章中作者利用CRS1周或3周誘導的小鼠抑郁模型的EEG信號來分別研究左右兩個半腦前額葉皮層、體感皮層、頂葉皮層和視覺皮層的八個腦區的神經網絡腦活動。利用Ethovision軟件（Noldus Information Technology, Wageningen, Netherlands）對行為數據進行自動記錄與分析，集合EEG數據互相驗證結果。所有的結果如下：
1. CRS誘導的行為異常在CRS后時期（3周）自發恢復。在1周（CRS1W組）和3周（CRS3W組）（圖1A）后，進行強迫游泳實驗（FST）和曠場實驗（OFT）。FST中，CRS1 W組與對照組相比顯著升高（191.76±6.27 vs. 155.82±6.20s，p<0.05，圖1b），而CRS3W組的不動時間（144.40±10.83s）恢復至對照組水平。在OFT中，CRS1W組與對照組相比移動距離小（2929.67±115.75 vs. 3415.68±113.16s；Mann-Whitney U-test p<0.05，圖1c），中心區停留時間短（42.67±3.39 vs. 84.42±12.26s；Mann-Whitney U-test p<0.05，圖1d）。然而，CRS3 W組移動距離（3664.45±278.77s）（圖1c）和中心區停留時間（77.65±10.76s）（圖1d）恢復至對照組水平。
圖1 抑郁樣行為的自發恢復
2. 從CRS1W組和CRS3W組8個腦區中記錄腦電信號，并分析區域腦電活動（圖2a），對左右半腦區進行交叉相關性分析（圖2b），結果表明與對照組相比，CRS1W組在許多不同區域的所有頻帶相關系數值都增加（圖2c）。但是在CRS3W組中，對照組與CRS1W組之間觀察到的δ和γ頻帶的所有差異都檢測不到了（圖2C）。這就說明了經過了3周后的CRS3 W組，部分神經連接中斷的功能已恢復正常。
圖2 交叉相關性分析
3.下來，使用多尺度神經網絡分析法，做腦網絡的持續性同源分析，在網絡層面上研究腦電信號傳遞。單聯矩陣表明，與對照組相比，CRS1W組在不同頻帶的腦電波上存在功能性距離減小，這表明了CRS1W組中的功能連接性增加。CRS1W組中θ,α和β帶的減少距離在CRS3W組中沒有恢復。但是令人興奮的是對照組和CRS3W組之間的γ頻帶的差異消失了（圖3a）。這就說明了經過了3周后的CRS3 W組，γ頻帶的腦電波和行為自發緩解有關系。
4. 知道了行為自發緩解與γ頻帶的腦電波有關系后還不夠，還要做后一步驗證網絡信號傳輸。利用γ震蕩波產生的進化神經網絡編碼和層次聚類圖進行驗證，CRS1W組(ε=0.6827)比對照組(ε=0.6971)有更低的終過濾值，表明神經網絡整體連通性增加。然而，CRS3W組中的神經網絡進化明顯恢復至對照組水平，并且兩組中的終過濾值相似CRS3W，ε=0.7000）（圖3b）。
子網絡層次聚類的樹狀圖結果表明：CRS1W組軀體感覺與額葉皮質之間的功能距離明顯減小，而CRS3W組則不明顯。圖中線的顏色表示，每個連接的組件到所有區域都連在一起的終組件的距離（圖3c）。
在大腦連接網絡圖中，CRS1W組的體感和額葉皮層在ε＝0.55時子神經網絡的聯系消失了。在ε=0.75時，CRS1W組與對照組相比，體感皮質與額葉皮質之間的功能距離減小（功能連接性增加），CRS3W組恢復正常。不同的顏色條代表功能距離的不同強度（圖d）。
圖3 利用持久網絡拓撲結構研究γ頻帶的神經網絡發現
后得出結論：雙線性相關和多尺度腦網絡的γ振蕩參與抑郁相關行為的自發緩解，并且這些γ振蕩的信號與體感和額葉皮質之間的功能網絡連接相關。參與γ振蕩的神經元高精度同步調節它們的放電，給予時間整合。因此，γ振蕩促進神經元之間的通訊連接，并在皮層整合和知覺/認知中發揮關鍵作用，為抑郁癥的病理生理機制提供新的研究思路。
