1. 引言
精神分裂症(Schizophrenia)是一种以思维、情感及行为障碍为特征的重性精神疾病,常伴幻听、妄想及社交功能损害,其核心认知缺陷(如执行功能、注意障碍)对康复构成关键挑战[1]。尽管传统药物和心理治疗可缓解部分症状[2],但对认知功能全面恢复效果有限。近年研究显示,绘画训练通过激活视觉–运动联合皮层及促进精细动作协调,可改善患者认知功能及治疗依从性,联合药物治疗效果优于单一干预[3] [4]。然而,国内研究多局限于量表评估,缺乏神经生理机制验证,王玉萍等人指出目前国内的研究仍旧集中于用传统的量表或者临床症状学去评价绘画训练在精神分裂症中的效用价值[5]。事件相关电位(ERP)技术为此提供客观评价路径:其非侵入性特征可捕捉认知加工毫秒级电生理变化,如N170成分异常反映面部加工缺陷与梭状回结构改变相关[7],提示社交障碍的神经基础[6]。
本研究拟采用蒙特利尔认知评估(MoCA)结合ERP技术,系统评估绘画训练对精神分裂症患者认知功能的神经可塑性影响,为优化康复策略提供电生理证据支持。
2. 材料与方法
2.1. 病例选择标准
2.1.1. 研究对象
实验组来自通辽市第三人民医院康复科的精神分裂症患者。
入组标准:
(1) 符合ICD-10精神分裂症诊断标准;
(2) 年龄在18~65岁之间,性别不限;
(3) 教育程度大于等于6年;
(4) 病程2年以上;
(5) 入组前2周患者病情稳定;
(6) 患者及监护人签署知情同意书。
排除标准:
(1) 已确诊痴呆/智力发育迟滞伴发精神障碍;
(2) 合并严重或不稳定的躯体疾病;
(3) 使用精神活性物质人员。
对照组为面向社会招募的健康受试者,预计招募100名。
入组标准:
(1) 年龄在18周岁到65周岁范围内;
(2) 性别不限,受教育年限大于等于6年;
(3) 智力测试得分不低于70分;没有严重的躯体疾病。
排除标准:
(1) 孕妇或尚处于哺乳期的女性;
(2) 有药物或酒精滥用史;
(3) 有外伤或大脑手术等因素导致的头部器质性损伤者;
(4) 神经精神系统疾病或神经精神系统疾病史和家族史;
(5) 无近期重大生活事件(如失业、家庭成员死亡、重大财务损失等)。
2.1.2. 实验设备
博睿康公司(Neuracle)研发生产的医用事件相关电位仪,国际10-20系统的32导电极帽,选取F3、C3、FC3、F4、C4、FC4、Fz、Cz、FCz九个电极为定位点安置电极,参考电极为默认的Cz点,在线滤波带通为0.01~100 Hz,连续采样,采样频率为1000 Hz,头皮电阻保持在50千欧以下。
2.1.3. 实验材料
(1) 人口学资料调查表,包括姓名、年龄、民族、健康状况、受教育程度等;
(2) 评估量表:威斯康辛卡片分类测试(WCST),蒙特利尔认知评估量表(MoCA量表),精神分裂症病人生活质量量表(SQLS),执行功能行为评定量表和精细动作能力评估量表。
2.2. 一般资料
本研究在内蒙古自治区通辽市第三人民医院进行临床康复实践,对全部患者进行人口学资料收集(性别、年龄、受教育程度等)和临床资料收集(MoCA和PANSS等)。为了排除不同精神分裂症亚型对于训练结果的影响,所有参与被试均为偏执型精神分裂症。本研究伦理通过通辽市第三人民医院伦理委员会审批通过,保障了受试者权益和研究的道德合规性,所有被试在检查前均签署知情同意。此外本研究受内蒙古自治区医疗卫生科技项目支持,项目编号[202202351]。
2.3. 参与者和实验设计
本研究旨在探讨绘画治疗对精神分裂症患者康复的干预效果,并通过ERP技术对其进行验证。我们采用了纵向研究的设计,共计进行12周的实验周期。
2.4. 受试者招募
经过初步筛选,我们将筛选出70名符合条件的患者,其中40人分配至实验组,另外30人分配至对照组,如表1。经过12周治疗后,绘画组被试流失4名,对照组被试流失3名;去除被试无法使用的数据,绘画组2名,对照组3名;最后剩余有效被试绘画组被试34名(平均44.1765岁,28~58),对照组被试24名(平均44.75岁,20~63)。
2.5. 绘画训练安排
实验组患者将除了接受常规精神康复治疗外,还额外接受为期12周的绘画训练干预,每周进行四次训练,每次40~60分钟,总周期为12周。
训练过程将从最简单的点线面绘制开始,逐渐过渡到复杂图案的绘制(如图1),详细素材可见通辽市精神卫生中心出版的“精神分裂症绘画治疗手册”,每次绘画完成都对患者绘画质量进行评估,确保每一位患者都有在认真完成绘画,并将所有绘画过程文件上传成电子存档。对照组将接受常规精神康复治疗,与实验组相比,两者除了绘画训练之外无特殊差异,均接受常规的药物和康复治疗。
Table 1. Demographic information of participants
表1. 被试人口学资料
|
N |
最小 |
最大 |
平均 |
标准差 |
对照组的年龄 |
24 |
20 |
63 |
44.75 |
10.61275 |
绘画组的年龄 |
34 |
28 |
58 |
44.1765 |
8.25529 |
对照组的PANSS |
24 |
40 |
206 |
108.1667 |
38.93436 |
绘画组的PANSS |
34 |
47 |
206 |
113.7647 |
44.23427 |
对照组的MoCA |
24 |
4 |
29 |
17.8333 |
6.66377 |
绘画组的MoCA |
34 |
5 |
28 |
18 |
6.30536 |
Figure 1. Schematic diagram of painting training effects
图1. 绘画训练效果示意图
2.6. 蒙特利尔认知评估数据收集
蒙特利尔认知评估[8]是一个包含30个项目的简短筛查工具,专为医疗专业人员设计,在重症精神分裂症患者群体中显示出良好的前景。用于检查认知领域,包括执行功能、对抗命名、注意力、句子重复、言语流畅性、延迟言语回忆和定向力。受试者还需完成两项言语学习试验,但言语学习不计分。受教育年限在12年或12年以下者加1分。得分 < 26分提示认知障碍。本研究的MoCA数据收集由专业的精神科医生进行,分别对两组被试在干预开始和干预结束两个时间段进行数据收集。
2.7. 事件相关电位实验设计
本研究将采用博睿康32通道医用事件相关电位仪进行脑电信号的采集。实验过程中,实验刺激物呈现在一个17英寸的液晶显示屏上(分辨率:1024 × 768像素,刷新率:75 Hz),延迟稳定。实验中的面部图像来自中国面部表情图片系统。本实验选取了80张中性面部图片(40张男性面孔和40张女性面孔)作为刺激材料(图2)。使用Adobe Photoshop随机以纯色不规则形状覆盖面部图片,覆盖比例为50%。图像的尺寸为260 × 300 (宽 × 高)。所有刺激物都呈现在计算机屏幕中央,视角约为4.8˚ × 6˚。
Figure 2. Incomplete neutral face paradigm
图2. 不完整中性人脸范式
2.7.1. 实验流程
首先,在屏幕中央显示一个十字交叉形的定位点(持续500毫秒),然后在屏幕中央呈现一个遮挡面部图像(持续随机1500到2000毫秒)。之后,再次在屏幕中央呈现十字交叉形的定位点(持续500毫秒),随后在屏幕中央呈现一个完整面部(持续随机1500到2000毫秒)。任务要求受试者快速准确地判断连续呈现的两幅图片是否是同一个人物,并通过按键作出响应,判断为一致按键盘f键,不一致按键盘j键。为了方便受试者理解实验过程,受试者在实验开始前需要进行几次实验任务,直到他们完全熟悉为止(图3)。
Figure 3. Experimental flowchart for face recognition task
图3. 面孔识别任务实验流程图
2.7.2. ERP数据处理
采集到的EEG信号将通过MATLAB中的开源EEG信号处理工具EEGLAB进行预处理。首先,对EEG数据进行降采样至250Hz,并应用带通FIR滤波器,范围为0.1~79.5 Hz。采用独立成分分析以去除眨眼和扫视等伪迹,随后进行视觉检查以去除明显的肌肉伪迹。将连续EEG数据分割成单独的试验时段,时间范围为−200 ms至800 ms。排除EEG信号超过150 μV的试验时段,并将−200 ms至0 ms期间的平均振幅作为所有试验时段的基线。最后,将清洁后的试验时段进行平均。
通过测量干预前后的ERP振幅,来观察绘画干预治疗的效果在ERP的波形上的变化。通过统计干预前后的峰值、潜伏期差异,来评估绘画干预对于ERP波形的影响。数据处理如上述,后续的波形绘制和数据提取通过EEGLAB及我们自己课题组编写脑电信号批处理脚本的EPAT工具箱完成,并使用SPSS 27.0进行统计分析。
预处理后的分段脑电数据在刺激频率(7.5 Hz ± 0.5)附近使用Hamming加窗sinc FIR滤波器(阶数826,过渡带宽2 hz,截止频率6~9 hz,阻带衰减−53 dB)进行滤波。对于试验间相干分析,滤波后的数据进行希尔伯特变换。锁相值(PLVs;如前所述,使用以下公式计算每个时间点的合成向量长度[9]。
式1
其中N是试验次数,而k是信号相对于刺激的角度,以弧度为单位。PLVs作为ITPC的绝对值计算,产生的值介于0 (试验间相位高变异性)和1 (试验间相位均匀性)之间。在每个参与者的三个枕部电极(O1, O2, Oz)上平均PLVs,并使用配对t检验(在MATLAB中实现)进行睡眠条件之间的组统计比较。配对t检验在实验试验的1000 ms时间窗内进行,并对多次比较进行错误发现率(FDR)校正。
3. 结果
3.1. 人口学信息
本次研究入组人数共139人,但由于各种因素(出院、不稳定等),被试流失53人,最后对数据进行核验时去除无法使用数据18 (15 + 3)例被试,最终被试绘画组34人,对照组24人。最终各组被试的人口学信息如表2。两组患者的受教育程度,病程,年龄,性别,PANSS等各项信息均无显著差异,[受教育程度(平均–对照 = 9.2083,平均–绘画 = 10.5882;p = 0.065);病程(平均–对照 = 18.9583,平均–绘画 = 17.3529;p = 0.456);年龄(平均–对照 = 44.75,平均–绘画 = 44.1765;p = 0.818);Genders (p = 0.812);PANSS (平均–对照 = 108.1667,平均–绘画 = 113.7647;p = 0.62)],两组被试的人群在人口统计学特征上不存在显著差异,表明研究中所考察的两组被试在基本人口学特征上具有相似性。这种相似性有助于减少人口学因素对研究结果的混杂影响,并提高了研究内部有效性。人口学上的一致性有助于消除潜在的混杂变量,使得研究能够更为准确地分析和解释不同组间其他变量的差异及其对研究结果的影响。
Table 2. Statistical results of demographic data
表2. 人口学资料统计结果
|
t |
P |
平均 |
对照 |
绘画 |
受教育程度 |
−1.886 |
0.065 |
9.2083 |
10.5882 |
病程 |
0.751 |
0.456 |
18.9583 |
17.3529 |
年龄 |
0.231 |
0.818 |
44.75 |
44.1765 |
性别 |
−0.238 |
0.812 |
- |
- |
PANSS |
−0.498 |
0.62 |
108.1667 |
113.7647 |
MoCA
在研究中,对观察组和绘画组进行的MoCA评估显示了有趣的发现(表3)。在研究开始时,MoCA-draw (MoCA-d)和MoCA-观察(MoCA-c)两组的MoCA-baseline (MoCA-b)表现并未显示出显著差异,这表明两组在认知功能方面初始水平基本相似,不存在显著差异(p = 0.923; mean-MoCA-d = 18, mean-MoCA-c = 17.8333)。然而,在治疗干预后,尽管两组的MoCA得分都出现上升的情况,但绘画组的MoCA评估结果呈现出更明显的变化(mean-Before = 18, mean-After = 23.2941; p = 0.0005)。
Table 3. Table of participants’ MoCA scores
表3. 被试MoCA得分表
|
t |
平均 |
P |
训练前 |
训练后 |
MoCA-b |
−0.097 |
|
|
0.923 |
MoCA-d |
3.6793 |
18 |
23.2941 |
0.0005 |
MoCA-c |
2.421 |
17.8333 |
22.2917 |
0.019 |
3.2. ERP实验结果
3.2.1. ITPC绘画干预改善了精神分裂症患者神经振荡的相位一致性
ITPC分析显示,在整个中性人脸范式反应期间(即从点开始到点偏移,不包括点开始后7到8秒之间的时间窗口,表4),对照组中并未出现显著的改变,但有趣的是,绘画组干预后的ITPC比干预前的ITPC显著提高。在P1 (100 ms附近)和N170的时间窗附近(170 ms附近),出现更加明显的显著提高,尤其是N170的时间窗附近(详情可见表4和图4)。ITPC代表了神经元活动的同步性,或称为协调性,与大脑神经网络的协调功能密切相关。研究指出,精神分裂症患者在治疗前后,特别是在认知或感知任务中,大脑神经元的同步性显著提高。
Table 4. Pre- and post-treatment ITPC comparison in CP5/CP6 participant groups
表4. CP5/CP6两组被试ITPC治疗前后对比
|
|
|
0~700 ms |
80~150 ms |
150~200 ms |
组别 |
条件 |
电极点 |
平均值 |
P |
平均值 |
P |
平均值 |
P |
对照 |
1 |
CP5~CP5 |
−0.0032 |
0.824 |
1.2295 |
0.278 |
−0.1502 |
0.928 |
CP6~CP6 |
−0.0021 |
0.897 |
0.7624 |
0.394 |
1.4727 |
0.353 |
2 |
CP5~CP5 |
−0.0050 |
0.736 |
0.5968 |
0.6 |
0.1627 |
0.936 |
CP6~CP6 |
−0.0020 |
0.898 |
0.8598 |
0.381 |
1.6511 |
0.348 |
3 |
CP5~CP5 |
0.0055 |
0.67 |
1.6531 |
0.193 |
−0.3829 |
0.8 |
CP6~CP6 |
0.0026 |
0.886 |
0.9861 |
0.321 |
1.0633 |
0.482 |
绘画 |
1 |
CP5~CP5 |
0.0220 |
0.02 |
3.0637 |
0 |
2.0662 |
0.011 |
CP6~CP6 |
0.0197 |
0.054 |
1.6462 |
0.006 |
1.4598 |
0.124 |
2 |
CP5~CP5 |
0.0229 |
0.003 |
3.7101 |
0 |
4.5963 |
0 |
CP6~CP6 |
0.0158 |
0.109 |
1.8933 |
0.003 |
2.4970 |
0.005 |
3 |
CP5~CP5 |
0.0208 |
0.186 |
2.4111 |
0.013 |
1.1846 |
0.241 |
CP6~CP6 |
0.0269 |
0.038 |
1.9143 |
0.014 |
1.8123 |
0.088 |
Figure 4. ITPC results before and after painting rehabilitation intervention
图4. 绘画康复干预前后ITPC结果图
3.2.2. 绘画治疗前后的波幅与潜伏期
为了评估绘画治疗对ERP波形的影响,我们选用了波幅和潜伏期作为测量途径。可惜的是,绘画治疗对于ERP的波形似乎并没有太过显著的影响(表5),然而在ITPC中我们能够明显的观察到改变,这说明ITPC的测量灵敏度优于常规的基于振幅的测量方式。
Table 5. Results of amplitude and latency
表5. 波幅、潜伏期结果
|
组别 |
条件 |
电极点 |
平均值 |
Sig. (2-tailed) |
波幅 |
对照–绘画 |
1 |
CP5~CP5 |
0.02168 |
0.929 |
CP6~CP6 |
−0.31068 |
0.149 |
2 |
CP5~CP5 |
0.15452 |
0.505 |
CP6~CP6 |
−0.27489 |
0.306 |
3 |
CP5~CP5 |
−0.08321 |
0.801 |
CP6~CP6 |
−0.32588 |
0.165 |
潜伏期 |
对照–绘画 |
1 |
CP5~CP5 |
3.23529 |
0.721 |
CP6~CP6 |
−13.82353 |
0.123 |
2 |
CP5~CP5 |
−8.23529 |
0.376 |
CP6~CP6 |
4.70588 |
0.563 |
3 |
CP5~CP5 |
6.47059 |
0.411 |
CP6~CP6 |
−3.23529 |
0.754 |
1代表condition 1,既全部模糊的图片(模糊人脸加上模糊复杂建筑物,all S1),2代表condition 2,既全部遮挡的中性人脸图片,3代表condition 3,既全部模糊的建筑物。
4. 讨论
4.1. MoCA用于衡量绘画训练对于精神分裂症的认知康复价值
从整个训练过程中的第一周和第十二周的MoCA结果对比来看,两组患者的认知能力都得到了一定的恢复,这和以往研究是相符合的[5]。尽管患者依旧存在一定程度的认知缺陷,绘画治疗对认知功能的影响在干预后仍得到显著提升,但对照组的变化也呈现出显著差异。这似乎无法确定绘画训练对于精神分裂症患者的认知情况改善情况,这可能是由于受制于量表自身的局限性MoCA两组之间的得分才未有显著差异,本研究中如果仅依靠MoCA这种传统的量表无法准确衡量绘画训练相较于传统工娱疗法对于认知改善的优势。
4.2. ERP从神经生理角度验证绘画训练对于精神分裂症的认知康复价值
异于MoCA难以衡量认知康复价值,从神经电生理层面这一角度来看,尽管仍是很细微的差异,但两组的统计差异已经十分显著,并且发现ITPC在绘画康复研究中对患者认知改善情况的灵敏度明显优于波幅、潜伏期。
ITPC的增加与认知能力的提高有关,包括视觉感知能力[10]、注意力[11]和记忆能力[12]的提高,而在一些疾病中,如阅读障碍、注意力缺陷/多动障碍[13]和精神分裂症[14]则观察到一致性降低。由于ITPC反映了神经反应与任务相关的感官刺激的时间同步程度,因此它提供了一种新的方法,除了振幅或连接性的改变外,还能研究精神分裂症患者行为失常的神经机制。
绘画组ITPC显著升高的现象表明了绘画治疗对患者的大脑神经网络产生了积极的影响,特别是在信息传递和处理方面。神经元同步性的提高可能表明了认知功能改善的潜在机制。精神分裂症患者通常在认知任务执行中存在神经元活动的协调性下降。因此,治疗后ITPC的增加可能与认知功能的恢复或改善有关。
理论上,神经元同步性的提高与认知任务中大脑神经元网络的更有效运作有关,这与绘画治疗产生的认知改善相吻合。此外,一些研究指出,绘画治疗能够增强大脑不同区域的连接性,可能有助于恢复认知功能。因此,观察到的ITPC增加可能反映了绘画治疗对患者大脑神经元活动的积极影响,这可能与认知功能的恢复有关。
ERP不仅从神经电生理层面上证明绘画训练对精神分裂症患者认知康复的价值,同时我们必须考虑到在实际的临床实践中,ERP技术相比于MoCA之类的量表具有更简易操作和更高效客观等优势。综上所述,这些发现为绘画训练对于精神分裂症患者的认知康复价值提供了神经生理层面的关键性支撑证据,并为未来的临床实践和研究提供了启示。
5. 结论
在精神分裂症的临床绘画训练中,目前有相当多的证据表明其要优于传统的工娱疗手段,但研究普遍都是用传统的量表去衡量效果,缺乏其在神经生理层面的关键性证据。本研究中使用的系统性绘画训练对于精神分裂症的认知康复具有一定的促进作用,从MoCA和ERP两个方面都印证了绘画训练对于认知康复的积极作用。这将为绘画训练对于精神分裂症的认知康复提供一个充足的科学证据,促进相关医院和社会机构的认知康复建设。
虽然本研究中发现绘画训练对精神分裂症患者的认知恢复功能具有显著效果,但仍存在一些不足之处。首先,研究样本流失过多导致样本较小或者样本特征不够饱满,这可能影响结果的可泛化性。并且对于绘画训练的具体内容、频次和持续时间等方面的最佳实践需要进一步探讨。
未来的研究可以通过扩大样本规模、采用更为严格的研究设计和控制、探索不同形式的艺术疗法等方式来进一步验证绘画训练的效果,并深入探究其作用机制。此外,将ERP与其他脑成像技术或关键生物学指标等充分结合,从而更全面地评估绘画训练对患者大脑功能和生理指标的影响。最终,希望通过不断的研究和实践,将绘画训练及其他艺术疗法成体系地纳入精神分裂症的综合治疗方案中,为患者提供更为有效的康复和改善认知、功能的途径。
伦理审查
本研究已获得通辽市第三人民医院伦理委员会的审查通过,保障了受试者权益和研究的道德合规性。
声 明
本研究已取得所有被试者的知情同意。
利益冲突声明
作者没有报告潜在的利益冲突。
NOTES
*通讯作者。