《Brain Topography》：Resting-State Theta and Alpha Oscillations in Amputation and Phantom Limb Pain: A Pre-Registered High-Density EEG Study
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幻肢痛（Phantom Limb Pain, PLP）影响相当比例的肢体截肢个体，但其神经机制尚不清楚。虽然神经影像学研究主要采用功能性磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）和脑磁图（Magneto
幻肢痛（Phantom Limb Pain, PLP）影响相当比例的肢体截肢个体，但其神经机制尚不清楚。虽然神经影像学研究主要采用功能性磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）和脑磁图（Magnetoencephalography, MEG），静息态脑电图（Resting-State Electroencephalography, EEG）可为内在脑振荡提供补充性认识，但在此领域尚未被充分探索。更广泛而言，神经病理性疼痛伴随θ波带功率增加和峰α频率（Peak Alpha Frequency, PAF）减慢，但这些模式是否延伸至PLP尚属未知。本研究开展了一项预注册的横断面调查，采用高密度静息态EEG（58通道），纳入19名完整对照、6名无PLP截肢者和13名有PLP截肢者。研究人员采用混合效应模型结合Bootstrap推断、多重敏感性分析和探索性聚类置换检验。在主分析和敏感性分析中，未发现PLP与θ功率或峰α频率之间存在稳健关联的证据。α波带的截肢相关差异在某些分析中达到统计学显著性，提示可能存在与肢体丧失而非疼痛本身相关的α波带改变。探索性分析显示，一项峰α频率指标与疼痛强度存在正相关。然而，跨光谱指标和检验的不一致性复制表明，这些与截肢和疼痛强度相关的发现应谨慎解读。例如，结果因所用指标而异（光谱最大值vs.重心），突显了峰α频率分析对方法学选择的敏感性。综上，这些结果表明静息态EEG中常见的慢性疼痛标志物并不能直接推广至PLP。
幻肢痛是一种疼痛被感知为源自已缺失肢体的疾病状态，尽管其在截肢人群中患病率较高，但该疼痛状况的潜在机制仍知之甚少。现有神经影像学研究多聚焦于躯体感觉和运动皮层在想象或实际运动及触觉刺激下的神经激活变化，而对PLP背景下神经振荡变化的关注相对不足。与任务相关的神经影像技术不同，静息态EEG可在无任务需求条件下捕捉自发性脑节律，为非侵入性、易获取的内在神经动力学观察窗口，兼具临床与研究应用价值。神经振荡反映神经元群体的同步化活动，对协调分布式脑网络中的信息处理至关重要。在疼痛背景下，振荡变化可能是感觉处理受损、注意分配改变或导致慢性疼痛维持的适应性不良学习过程的标志。因此，研究静息态振荡模式可为慢性疼痛的神经机制提供补充性认识。
先前慢性疼痛神经振荡相关研究结果显示高度异质性，鲜有一致模式出现。系统综述提示慢性及神经病理性疼痛与θ波带功率增加相关，同时存在峰α频率减慢的证据，此外还包括γ功率升高、θ波带连接增强以及高α至低β范围功率降低等试探性发现。PLP领域的静息态EEG研究极为匮乏，既往唯一相关研究表明后颞区β和γ活动降低，睁眼条件下θ和δ功率降低，闭眼条件下右侧δ功率降低。总体而言，现有发现未能汇聚于单一的慢性疼痛振荡特征，但θ波带功率增加和峰α频率减慢两个模式在多项研究中重复出现。这些振荡变化被归因于多种机制，其中最具影响力的账户为丘脑皮质节律失常假说，该假说提出部分感觉去传入改变了丘脑中继神经元的放电模式，使丘脑皮质网络活动从正常α范围向更慢的θ频率振荡偏移。由于肢体截肢导致外周感觉输入丧失，相似的丘脑皮质机制可能在PLP中被激活，从而 motivated 本研究对这两种振荡模式的考察。
基于此，研究人员计划通过分析三组被试的高分辨率静息态EEG数据来验证上述振荡模式在PLP中的可重复性，三组分别为：有PLP的截肢者、无PLP的截肢者和完整对照个体。研究的核心问题聚焦于：PLP个体静息态EEG的θ波带功率是否增加？以及PLP个体静息态EEG的峰α频率是否存在减慢？此外，研究人员还将对数据集中各组间的其他潜在差异进行探索性分析。
在方法学层面，研究人员采用了预注册的研究方案，数据采集经瑞典伦理审查机构批准，所有参与者均签署知情同意书。EEG数据于静息闭眼条件下采集7分钟，部分PLP被试参与多次记录以捕捉疼痛水平变化，部分被试同时参与了PLP治疗临床试验。EEG采集使用64或128导电极帽，分析时仅采用两种导联布局共有的58个电极，采样率为2400 Hz。预处理采用DISCOVER-EEG自动化流程，包括降采样、去除线噪声、0.25-0.75 Hz高通滤波、坏导检测与插值、平均参考、独立成分分析去除肌电和眼动伪迹、伪迹子空间重建、分段等步骤，最终生成5秒长度、50%重叠的时程片段。
在特征提取方面，研究人员使用Slepian多锥形方法计算1-100 Hz范围的功率谱密度，频率分辨率为0.2 Hz。峰α频率采用两种不同标准识别：PAF-Max（α带内局部最大值的频率）和PAF-CoG（按功率加权的频率重心）。θ波带功率为4-7.9 Hz范围内的平均功率谱密度。数据分析采用线性混合效应模型，以Bootstrap推断进行统计推断，并辅以多重敏感性分析和探索性聚类置换检验。为防止分析偏差，所有组标签在运行统计模型前随机置换。主要分析仅针对闭眼记录数据。
统计模型以log转换后的试次级θ功率为因变量，固定效应包括截肢状态、PLP状态、年龄和性别，被试随机截距用于解释个体内相关性。PLP特异性效应和截肢特异性效应分别由相应系数表征。鉴于样本量有限，95%置信区间采用Bootstrap方法估计，若Bootstrap置信区间与模型置信区间不一致，优先依据Bootstrap置信区间进行解释。探索性分析还包括基于FieldTrip工具包的聚类置换检验，以及限于PLP群体的疼痛强度与振荡指标关联分析。
研究结果显示，在人口统计学特征方面，三组在样本量、性别和年龄分布上不均衡，完整对照组更大、更年轻且女性更多，这些差异虽在统计模型中加以控制，但仍可能影响分析效能。
针对研究问题一即θ功率分析，混合效应模型结果表明，PLP组与无PLP截肢组之间的θ功率差异不显著，无PLP截肢组与完整对照组之间的差异亦不显著。性别是θ功率的显著预测因子，男性θ功率低于女性，但该效应未包含于预注册假设中，故作为协变量调整结果解读。年龄与θ功率无关联。边际R2为0.271，条件R2为0.883，表明固定效应解释有限方差而被试间个体差异贡献显著。被试级平均θ功率的线性回归分析与混合效应模型一致，均未显示PLP或截肢的显著效应，性别仍为显著预测因子。未校正成对t检验结果与主分析一致。聚类置换检验在θ频率范围内未发现任何显著聚类。
针对研究问题二即峰α频率分析，PAF-Max作为主要验证性检验指标。混合效应模型显示，PLP组与无PLP截肢组之间的PAF-Max差异不显著，但截肢效应具有统计学显著性，无PLP截肢者的PAF-Max低于完整对照。性别和年龄与PAF-Max无关联。然而，该截肢效应未在被试级线性模型中复现，亦未在成对t检验中显著，且PAF-CoG指标未显示PLP或截肢的显著效应，性别对PAF-CoG有显著预测作用。PAF-Max模型的解释方差比例较低，提示固定预测因子对PAF-Max的预测影响有限。
探索性分析进一步考察了α波带的潜在截肢相关差异。聚类置换检验在9.7-12.1 Hz频率范围发现一个显著正聚类，无PLP截肢者功率低于完整对照。扩展至通道-频率空间后，识别出两个显著聚类：10.6-11 Hz位于右侧中央顶区至顶颞区，以及11.1 Hz位于右侧额极至额前区。全频谱范围探索未发现其他显著聚类。在PLP群体内的疼痛强度探索性分析中，未发现疼痛强度与θ功率或PAF-Max的显著关联，但疼痛强度与PAF-CoG存在小而显著的正相关，即较高报告的疼痛强度与略快的PAF-CoG频率相关。
在讨论部分，研究人员首先回顾了α振荡的神经生理学基础，指出α振荡源于丘脑皮质交互和涉及兴奋-抑制平衡的内在皮层环路，闭眼休息时α功率最大，睁眼时被抑制。峰α频率减慢的主要解释框架为丘脑皮质节律失常，该假说提出外周输入丧失触发丘脑神经兴奋性和连接性的代偿性变化，导致θ-α范围的病理性低频振荡，可能产生异常感知。本研究的发现提示，截肢后的α波带改变可能反映感觉去传入的后果，而非疼痛特异性的现象。
研究人员提出一个理论框架以整合研究发现：截肢后可能存在两个分离的过程，一是去传入相关的丘脑皮质节律失常影响所有截肢者，二是缺失肢体皮层表征的持续存在存在个体变异，后者可能受疼痛结果影响。该框架推测，右后侧区域的α波带改变可能反映感觉去传入对体象整合网络的主要后果，类似于右顶叶损伤后偏侧空间忽视中观察到的体象紊乱；而PLP组内疼痛强度与PAF-CoG的正相关可能反映维持表征的完整性：较高疼痛强度可能源于较少的丘脑皮质节律失常，归因于异位外周放电，导致更快的α振荡和更整合的体象。该框架同时预测，无PLP且幻肢感觉较不鲜明的个体应表现出更明显的节律失常模式和更慢的α频率。但研究人员明确指出，该理论框架应被理解为假设生成性提议而非经过验证的机制性解释。
研究人员还讨论了峰α频率不同测量指标的方法学敏感性问题。PAF-Max在初步分析中显示截肢效应，但该效应在PAF-CoG中不存在；相反，PLP组内的疼痛强度与PAF-CoG正相关而与PAF-Max无关。这些指标在光谱形状和噪声敏感性方面存在差异：PAF-Max受单一最大功率频率驱动，而PAF-CoG反映α带频谱的加权质心。峰α频率指标和方法学选择的变异性可能是既往疼痛相关α减慢文献中不一致发现的贡献因素，未来研究应明确论证所选指标并在可能时报告多种估计以提高研究间可比性。
关于研究局限性，研究人员指出样本量有限且组间人口统计学特征不均衡，限制了统计效能和效应估计的精确性；头皮EEG固有的空间分辨率限制使归因于特定区域的效应应谨慎解读；未系统评估非疼痛性幻肢感觉，限制了区分"无幻肢感觉"与"有幻肢感觉但无疼痛"的能力；假肢使用和融入情况未系统评估；此外，截肢后的时间、截肢肢体、侧别和水平等潜在影响因素未被充分控制，疼痛强度、镇痛药物和其他伴随治疗亦未在主分析中系统控制，这些因素可能增加模型中的未解释方差。
研究结论指出，在所有主要和敏感性分析中，结果未提供PLP与θ功率或峰α频率之间存在稳健关联的证据。PAF-Max的截肢相关偏移在主要混合效应模型中达到显著性，但该效应未在被试级敏感性分析或PAF-CoG分析中复现。额外的探索性分析支持α波带存在截肢相关差异，但这些分析的探索性本质以及主要分析中的不一致性表明应谨慎解读这些发现。在限于PLP截肢者的二级探索性分析中，疼痛强度与PAF-CoG存在小而显著的正相关，但该效应幅度有限且未推广至其他光谱指标，因此应谨慎解读。总之，这些结果表明，慢性疼痛中常见的静息态EEG标志物并不能直接推广至PLP。
