در پژوهش‌هایی که توسط Donoghue و همکاران در سال ۲۰۲۰ و همچنین Lendner و همکاران در سال ۲۰۲۰ انجام شده است، نقش ضریب aperiodic 1/f در EEG استراحت، به‌ عنوان نورومارکری پایدار برای سطوح برانگیختگی (arousal) وExcitation-Inhibition Balance   (E/I balance) در حوزه روان‌پزشکی بررسی شده است.

ویژگی  EEG

ضریب aperiodic 1/f (معروف به spectral slope)، شاخصی است که از طیف قدرت در EEG استخراج می‌شود و فعالیت زمینه‌ای مغز را مستقل از قله‌های نوسانی (oscillatory peaks) بازنمایی می‌کند.

شیب تندتر (exponent بالاتر) بیانگر کاهش توان در فرکانس‌های بالا و مرتبط با کاهش تحریک‌پذیری قشری (cortical excitability) و افزایش بازداری (inhibition) است؛ در حالی‌ که شیب صاف‌تر نشان‌دهنده‌ی برانگیختگی بیشتر (arousal) و افزایش تحریک عصبی   (excitation)می‌باشد.

این ضریب معمولاً از داده‌های EEG در وضعیت استراحت با چشمان بسته، در بازه‌ی فرکانسی ۱ تا ۴۰ هرتز و از نواحی Frontal (Fz/FCz) و Posterior (Pz/Oz) استخراج می‌شود.

یافته‌ها

در اختلالات خلقی و اضطرابی، شیب صاف‌تر با وضعیت‌های hyperarousal و نشخوار شناختی  (cognitive perseveration)همراه است، در حالی‌که شیب تندتر در بیماران با حالت‌های آرام یا (sedatives) دیده می‌شود.

علاوه بر این، مقدار پایه‌ی exponent ممکن است بتواند تحمل دارویی (medication tolerability) را پیش‌بینی کند:

شیب صاف‌تر در طیف aperiodic با افزایش تحریک‌پذیری عصبی مرتبط است و ممکن است نشان‌دهنده‌ی حساسیت بیشتر به داروهای تحریک‌کننده (activating agents) باشد. بنابراین، بیماران با این الگو ممکن است تحمل کمتری نسبت به چنین داروهایی داشته باشند.

در مقابل، شیب تندتر با بازداری بیشتر و کاهش برانگیختگی همراه است و می‌تواند نشان‌دهنده‌ی حساسیت به اثرات آرام‌بخش داروها باشد، از این‌ رو در تجویز داروهای آرام‌بخش (sedatives) در این بیماران باید احتیاط بیشتری صورت گیرد.

کاربرد بالینی

تغییرات این نورومارکر در طول درمان، می‌تواند نمایانگر پاسخ به مداخله مؤثر باشد؛ به‌ طوری‌ که exponent به سمت مقادیر میانه نرمال‌سازی می‌شود. این ویژگی امکان پایش عینی روند بهبود را فراهم می‌سازد.

کاربردهای بالینی عبارت‌اند از:

پیش‌آگهی پاسخ دارویی و کمک به انتخاب بین داروهای تحریک‌کننده یا آرام‌بخش

ردیابی روند درمان با مشاهده نرمال‌سازی  exponent 

پایش عوارض جانبی داروها، به‌ویژه در بیماران حساس به تحریک یا آرام‌بخشی

برنامه‌ریزی شدت مداخلات در بیماران با الگوهایExcitatory  یا Inhibitory شدید

در تفسیر نتایج، باید وضعیت خواب، علائم بالینی و مصرف داروهایی مانند بنزودیازپین‌ها که ممکن است exponent را تحت تأثیر قرار دهند، مدنظر قرار گیرند.

نحوه اجرا

استفاده از الگوریتم‌های تجزیه طیف قدرت به مؤلفه‌های periodic و aperiodic مانند  FOOOF

ثبت EEG در حالت استراحت، با چشمان بسته و حذف آرتیفکت‌ها

بازه فرکانسی تحلیل: ۱ تا ۴۰ هرتز

تحلیل جداگانه مناطق Frontal (Fz/FCz) و Posterior  (Pz/Oz)

بررسی تغییرات exponent در طول زمان برای ارزیابی پاسخ درمانی

نتیجه‌گیری

ضریب aperiodic 1/f در EEG یک نورومارکر پایدار و مقاوم نسبت به شرایط مختلف آزمایشی است که می‌تواند به‌عنوان ابزار کمکی برای ارزیابی برانگیختگی، Excitation-Inhibition Balance، انتخاب دارو و پایش پاسخ به درمان در اختلالات روان‌پزشکی به‌ویژه اضطراب و افسردگی مورد استفاده قرار گیرد.

منابع

Donoghue, T., Haller, M., Peterson, E. J., et al. (2020). Parameterizing neural power spectra into periodic and aperiodic components. Nature Neuroscience, 23(12), 1655–1665.

https://doi.org/10.1038/s41593-020-00744-x

 

Lendner, J. D., Helfrich, R. F., et al. (2020). An electrophysiological marker of arousal level in humans. eLife, 9, e55092.