使用脑激活（nir-HEG/Q-EEG）与执行功能测量（CPTs）的ADHD评估方案

摘要

本研究提出了一种评估注意缺陷多动障碍（ADHD）的新方案，通过采用创新工具为这种发育障碍提供更为客观的诊断流程。同时，该研究还分析了激活指标与执行功能指标之间的关系。

摘要

注意缺陷多动障碍（ADHD）是一种影响学业表现的问题，会导致在学业、社交和家庭环境中出现严重困难。在识别该障碍时最常见的问题之一，是由于缺乏全球统一的评估方案，导致该障碍似乎存在过度诊断现象。来自奥维耶多大学的“学校学习、困难与学业表现”研究团队（ADIR）开发了一套完整的评估方案，该方案提示存在某些皮层激活和执行控制的特定模式，可用于更客观地识别ADHD。该方案考虑了ADHD的一些假设性决定因素，包括大脑特定区域的激活与执行功能不同方面（如遗漏错误、错误反应或反应时间）表现差异之间的关系，采用创新的持续性操作测试工具（基于虚拟现实CPT和传统CPT）以及脑激活测量工具（两种不同工具，分别基于近红外血流动力学脑成像-nirHEG和量化脑电图--Q-EEG）。该评估模型旨在有效评估ADHD症状，从而制定精准的干预措施，并为家长和教师提供适当的建议。

引言

本方案的总体目标是建立一套完整的评估流程或模型，用于诊断注意缺陷多动障碍（ADHD）。ADHD 是影响学业表现的问题之一，被认为是一种以注意力障碍、抑制控制困难和多动为主要特征的障碍，其表现显著低于同龄人^1,2。最新版《精神障碍诊断与统计手册》（DSM）¹ 相较前一版本进行了多项更新：ADHD 被归类为神经发育障碍；症状出现的年龄上限已提高，现规定症状可在12岁之前出现；应使用“ADHD 表现形式”（presentation）取代“亚型”（subtype）这一术语（包括：主要表现为多动/冲动型、主要表现为注意力不集中型以及混合表现型）；此外，ADHD 与自闭症谱系障碍共病的情况已被正式承认。

根据不同国家或地区，患病率的估计值存在差异^3,4,5。一项国际性的全球系统性综述³发现平均患病率为5.29%。然而，若采用《精神障碍诊断与统计手册》的标准⁴，患病率则介于5.9%至7.1%之间。类似地，一项针对西班牙人群的注意缺陷多动障碍（ADHD）荟萃分析得出平均患病率为6.8%⁵。患病率的差异可能源于所采用的不同评估方法。

尽管已有大量研究表明注意力缺陷多动障碍（ADHD）具有神经生物学基础，但该障碍的起源仍不明确。多项研究将ADHD的症状与大脑皮层低激活相关联，这被认为与多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的功能缺陷有关⁶。去甲肾上腺素能系统调节完成任务所需的注意选择性和激活水平；而多巴胺能系统则在执行和动机层面上负责抑制控制。多巴胺能和去甲肾上腺素能系统相关的皮层低激活状态被认为是ADHD患者表现出抑制功能和注意力缺陷的神经基础。在此意义上，ADHD儿童在多巴胺能和去甲肾上腺素能系统中表现出较低的皮层激活水平，这在静息状态下的脑电活动特征中有所体现，表现为θ波活动增强和β波活动减弱^7,8，同时在Fp1（额叶前左侧）以及FPz/Cz（前额叶皮层中央区域）表现出血氧水平降低。

使用近红外光谱脑血氧检测技术（nir-HEG）测量血液氧合水平，该技术利用功能性近红外光谱法检测脑内血液颜色变化，以反映血氧饱和区域；含氧血呈鲜红色，而缺氧血则呈深暗、近乎紫红色的深红色。皮层激活水平通过定量脑电图（Q-EEG）进行测量。这是一种计算机化的脑电图系统，通过记录大脑的电活动，利用β/θ波比值来评估皮层激活程度。它能够总体衡量注意力水平，且不受具体执行任务的影响。其他研究则聚焦于注意缺陷多动障碍（ADHD）人群是否存在执行功能（EF）损害⁹，这一假说可解释ADHD儿童在控制冲动反应、抵抗干扰或分心、按顺序组织活动以及在执行任务时维持认知努力方面所面临的困难。

通常，这些注意缺陷多动障碍（ADHD）的典型症状会导致严重的后果，使患者在学业、社交及家庭环境中面临困难。患有ADHD的儿童比没有ADHD的儿童更有可能留级和/或完成更少的年级。此外，患有ADHD的青少年辍学的可能性是没有ADHD青少年的三倍^10,11。

考虑到《精神障碍诊断与统计手册》当前版本中对注意缺陷多动障碍的修改及其新的分类 ¹，与建立特定脑区皮层激活水平、执行功能及诊断相关变量之间关系相关的研究结果^7,8,11,12 (即，三种ADHD表现类型之间的差异）。

在注意缺陷多动障碍（ADHD）的诊断中，最常见的问题之一是由于缺乏全球统一的评估方案，导致该障碍被过度诊断。专业人员缺乏基于客观变量的通用诊断方案，造成了大量ADHD假阳性与假阴性病例。这一情况凸显了临床工作者亟需一个不仅考虑相关变量，而且兼顾变量间相互关系的明确诊断流程。

因此，奥维耶多大学学习、困难与学业表现研究组（ADIR）一直致力于开发一套完整的方案，用于识别皮质激活和执行控制的特征模式，以提供比当前方法更为客观的注意缺陷多动障碍（ADHD）诊断。该方案尤为重要，因为它考虑到了前额叶和额叶皮质的皮质激活对执行功能的影响。本方案将有助于希望进行全面评估并考虑诊断中相关变量间相互作用的临床工作者。为此，该方案基于Rodriguez et al.最近提出的一项研究中的评估模型，该模型充分考虑了皮质激活与执行功能变量之间的相互作用（图1）。

总之，本方案的目的是提供一种比现有方法更客观的发育障碍诊断流程，并深入分析激活指标与执行功能指标之间的关系。该流程还将综合考虑注意缺陷多动障碍（ADHD）的一些假设性决定因素，包括大脑特定区域的激活与执行功能不同方面（如遗漏错误、错误反应或反应时间）表现差异之间的关系。

方案

本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行，该宣言确立了涉及人类受试者研究的伦理原则。本研究的目的、范围和研究方案也已获得奥维耶多大学和阿斯图里亚斯大学医院伦理委员会的批准。

1. 父母报告

1. 开始评估程序之前，需获得家长签署的同意书，允许对儿童进行评估。
2. 与参与者的家庭进行结构化访谈。
   注：结构化访谈表已作为附录提供。
3. 请参与者家属和/或教师填写《注意缺陷多动障碍评估量表》¹³。该量表包含20个项目，用于收集《精神障碍诊断与统计手册》中所述注意力缺陷及多动/冲动相关症状的存在情况。
   1. 在此部分，治疗师应给出如下指导语："现在，为了获取有关您孩子的有效信息，您需要完成此问卷，填写可能代表您孩子行为特征的症状。您必须对这20项症状的出现频率进行分类"。

2. 认知测量

1. 为测量注意力相关变量，施测一种认知量表。
   1. 施测《认知能力量表》¹⁴（按照手册中的操作规程），用于评估6岁至16岁11个月儿童及青少年的个体智力水平。
   2. 深入分析该量表所获得的认知特征谱型。
      注意：根据认知量表手册中提供的信息，韦氏量表的结果可能受到注意缺陷多动障碍（ADHD）的影响，导致加工速度和工作记忆的得分较知觉推理和言语理解偏低。

3. 使用持续性操作测验的执行功能评估

1. 使用两种持续性操作任务测试（CPT）评估儿童的表现：一种基于虚拟现实 CPT¹⁵，另一种为传统 CPT¹⁶。
2. 实施基于虚拟现实的 CPT¹⁵。该测试基于虚拟现实环境，可模拟普通教室的情境，用于评估6至16岁儿童及青少年的注意力、冲动性、信息处理速度和运动活动水平。构成测试的各项活动均为预设内容，无法更改任务中的任何特定特征。
   1. 双击虚拟现实 CPT 应用程序以启动程序。
   2. 输入程序许可证提供的用户名和密码。
   3. 输入参与者信息（姓名、姓氏和出生日期），然后点击 "进入虚拟教室" 窗口。
   4. 要求参与者佩戴头戴式显示器（HMD）眼镜和耳机，并告知其在整个测试过程中佩戴的重要性。治疗师应说明："现在你需要在进行虚拟现实任务时一直佩戴这些特殊眼镜，如果你看不清楚或遇到任何问题，请告诉我，我会帮你解决"。
      注：这些眼镜与电脑相连，因此治疗师可看到参与者所看到的图像，以确保其理解测试内容（图2）。
   5. 要求参与者在开始虚拟注意力任务前，用其优势手握住按钮。治疗师应说明："你需要用你写字时使用的手来握住并按下按钮"。
   6. 让参与者探索虚拟环境（一个典型的教室），并以坐在课桌前面向黑板的学生视角观察15秒（图3）。此部分由虚拟教师通过以下指令引导："你好，通过你佩戴的眼镜，你可以看到整个教室：向左、向右、向上、向下，你可以看到所有地方。注意观察房间里的各种物品，看看墙壁和其他人，随意观察你想看的任何东西"。
   7. 让参与者跟随虚拟教师的引导完成任务。参与者首先进行训练部分，内容为通过移动头部视觉定位气球，并通过按下按钮将其“戳破”。虚拟教师在此部分应指导如下："现在你已经观察完了，接下来要做一些有趣的事情。我们在你周围放置了一些闪亮的红色气球。你需要通过移动头部来寻找气球。当你发现一个时，仔细盯着它，然后按下按钮把它戳破。你需要找到4个气球。开始吧！挑战现在开始！"
   8. 让参与者进入下一步，即第一个练习。该部分基于 "x-no" 范式（传统上称为 "no-go"），参与者在未看到或未听到刺激 "apple" 时需按下按钮。虚拟教师应说明："现在，你会在黑板上看到一些图画，我也会对你说一些词语。你需要集中注意力，当你看到或听到任何不是苹果的内容时，尽快点击按钮。但要小心！每当看到或听到其他内容时，都必须按下按钮。例如，如果你听到 "CLOUD" 或黑板上出现云朵的图画，就必须按下按钮。记住：当你看到或听到“apple”时，绝不能按按钮！挑战开始……现在！"。
      注：由于活动由程序预设，无法更改目标刺激（本例中为 APPLE）。
   9. 让参与者完成最后一个练习，即根据指令在看到或听到数字 "seven" 时按下按钮。该部分为 "X" 范式（或 "go" 任务）。指导语如下："现在你将处理数字任务。你会在黑板上看到数字，也会听到数字。每当听到或看到数字 "SEVEN" 时，必须按下按钮。对于其他任何数字都不要按按钮。例如，如果你听到或看到数字 "THREE"，不要按按钮。记住：只要看到或听到 "SEVEN"，就必须按下按钮！测试现在开始！"
      注：由于活动由程序预设，无法更改目标刺激（本例中为 SEVEN）。
   10. 通过测试网站打印测试结果报告，并添加被评估儿童的姓名和姓氏。该报告汇总以下变量的结果：遗漏错误、多动错误、反应时间及变异性，并进一步根据感觉模态（视觉 vs. 听觉）、干扰物的有无以及任务类型（go vs. no-go）对这些测量指标进行区分，从而形成不同的执行特征谱型。
3. 实施传统 CPT¹⁶。该测试有视觉和听觉两种版本，但本方案仅使用视觉版本。该测试包含预设任务，其视觉常模适用于4岁至80岁以上人群，按年龄和性别划分。
   1. 确保参与者处于放松状态，关注其呼吸并确保呼吸平稳。若发现参与者未能控制呼吸，则提示如下："你应该专注于腹部收缩和有控制的呼气"。
   2. 打开 CPT 应用程序，输入儿童的姓名和出生日期，然后点击确认按钮。
   3. 点击视觉任务窗口，再点击 启动 按钮，计算机将开始加载视觉任务。
   4. 确保参与者用其优势手握住连接至电脑的按钮。重复虚拟现实 CPT 第5步的指令："你需要用你写字时使用的手来握住并按下按钮"。
   5. 向参与者说明以下测试指令："当看到上方出现黑色方块（即目标刺激）时，你需要按下按钮；但当下方出现黑色方块时，不要按下按钮"（图4）。
   6. 让参与者完成训练部分（持续约3分钟），直至确认其已理解任务要求。在 CPT 的训练部分，目标刺激（参与者需做出反应的刺激）和非目标刺激（参与者需抑制反应的刺激）随机出现在屏幕上；治疗师应观察参与者是否正确按下按钮。若参与者未按指令操作，治疗师应重新解释说明，随后参与者需重复训练部分。
   7. 告知参与者该任务持续时间较长，必须保持静止并集中注意力完成任务。
   8. 让参与者完成 CPT 任务。任务分为两个部分。第一部分（"稀有" 或警觉模式）的特点是目标与非目标刺激的比例为1:3.5，表现为倾向于不按按钮。第二部分（"频繁" 或高反应需求模式）的目标与非目标刺激比例为3.5:1，因此儿童必须抑制反应倾向。
   9. CPT 完成后，生成报告，汇总以下变量：遗漏错误、RT（目标刺激呈现至受试者反应之间的反应时间）、多动错误、变异性、D' 值（基于测试中错误数量评估的注意力集中质量）以及 ADHD 指数（反映是否存在注意力缺陷伴多动障碍）。ADHD 指数由以下三项之和计算得出：前半段反应时间 + 后半段 D' 值 + 总变异性，当得分低于 -1.80 时，解释为与 ADHD 相关。

4. Fp1 和 Fpz/Cz 区域的皮层激活测量（脑血流图和定量脑电图）¹⁷

1. 打开 Bioexplorer 软件并选择设计 POCKET_HEG_video_1ch_AI_HEGRatio.bxd.
   1. 按压 时间 按钮以查看评估期间的时间（35 秒）。
   2. 告知受试者不能移动，必须保持静止。治疗师向受试者说明在进行血氧水平评估期间保持静止的重要性： "现在在评估血氧饱和度时保持静止非常重要，因为如果你移动，系统将无法正常工作，必须重新测量。你准备好了吗？"
   3. 点击 红色按钮 输入受试者的姓名以及将要测量的皮层位点（评估抑制能力时为Fp1区域，评估注意力能力时为Fpz区域）。
   4. 将电极带放置于受试者前额的特定区域：Fp1（用于评估抑制能力）和Fpz（用于评估注意能力），如图所示。 图5.
   5. 确保没有外部光线进入该带状物。将该带状物正确地调节并固定在受试者头部，使其在评估过程中不会松动或脱落。
   6. 将连接在头带上的近红外脑血流成像仪（nirHEG）绕在受试者颈部，如同佩戴项链一般。
   7. 打开硬件以将设备连接到电脑。
   8. 通过 nir-HEG 程序测量特定区域的血液氧合水平，持续约 35 秒。按下 绿色按钮 开始测量血氧饱和度，35 秒后按下 白蘑菇 结束评估。
   9. 打印程序提供的输出结果，并分析程序给出的近红外血红蛋白浓度图（nir-HEG）比率。该工具的平均值为100（标准差 = 20），用于校准分光光度计。此外，通过nir-HEG还可获得注意力指数（AI），反映参与者提升比率及脑区激活能力的不足。该指数可用于识别注意力问题并评估集中注意力的能力。
2. 使用量化脑电图（Q-EEG）测量参与者的皮层活动水平，该技术是一种计算机化脑电图系统，通过β/θ波比值反映皮层激活程度，用于评估总体注意力水平，而不考虑所执行的具体任务。
   注意：β/θ 比值的分析是根据以往研究进行的¹².
   1. 向受试者说明测试过程中所需的正确腹式呼吸方法。
   2. 打开 Bioexplorer 软件并选择设计 combined_Theta_Beta.bxd屏幕将分为两个窗口（左侧显示FP1的皮层活动，右侧显示CZ的皮层活动）
   3. 点击 红色按钮 输入受试者的姓名以及将要测量的皮层位点（评估抑制能力时为Fp1区域，评估注意力能力时为Cz区域）。
   4. 将红色电极置于Fp1区域，蓝色电极置于Cz区域，并涂抹电极凝胶（参考网址：“http://neurologiclabs.com/neuromonitoring/eeg/”中的信息，以确保电极位置正确）（参见 图6).
   5. 在受试者左右耳垂上再放置两个控制电极（黑色和白色电极），并涂抹电极凝胶。
   6. 确保受试者在评估过程中保持睁眼。治疗师必须在评估全程密切观察受试者。若受试者在任何时刻闭眼，应立即终止评估，并在其休息后重新进行。
   7. 在右前臂放置一个肌电图（EMG）传感器，以识别运动程度。
   8. 告知参与者必须保持放松，尽量在任务过程中不要移动，并缓慢呼吸。参与者需集中注意力于电脑屏幕，同时接收θ波和β波的刺激。治疗师应说： "您必须保持静止和放松状态35秒，期间唯一需要做的就是观察计算机屏幕上出现的θ/β波。".
   9. 按压 绿色按钮 开始测量皮层活动，35 秒后按白色按钮结束评估。
   10. 打印程序生成的结果并进行分析。若Cz位点的β/θ比值低于50%，表明存在持续性注意力缺陷。另一方面，若Fp1位点的比值也偏低，则提示存在执行控制功能障碍，可能归因于多动。

结果

采用此处提供的评估方法，可对注意缺陷多动障碍（ADHD）的症状学进行有效评估，从而制定精准的干预方案，并为家长和教师提供建议。以下是 ADHD 受试者与非 ADHD 受试者的一系列代表性结果，可供专业人员比较两种特征之间的差异。

在获得家属的知情同意后，临床医生对儿童施用智力测验量表（WISC IV），以排除能力过低或过高的受试者。随后的步骤采用持续性操作测验及皮层激活技术（Q-EEG 和 nir-HEG）建立儿童的注意力特征谱型。图7展示了患有与不患注意力缺陷多动障碍（ADHD）儿童在虚拟现实持续性操作测验中的结果。这些结果表明，ADHD 儿童存在更多的遗漏和错误响应，同时伴有更高的运动活动水平以及更长的反应时间。

同样，图8

讨论

本文介绍了一种针对6至16岁人群评估注意缺陷多动障碍（ADHD）的有效方案。鉴于ADHD症状的复杂性及其高发病率，专业人员必须依赖可靠且有效的工具来诊断该障碍。通常，基于行为观察的问卷被广泛使用。然而，仅依赖此类工具作为评估手段存在一定局限性，包括观察者可能存在的主观性¹⁸。

结果表明，本方案重点突出了注意缺陷多动障碍（ADHD）参与者与非ADHD参与者之间的差异。具体而言，ADHD参与者的持续性操作任务（CPT）各项注意力指标得分均较低（包括遗漏错误、错误警报、反应时间及运动活动），并且在Fp1以及Fpz/Cz脑区的皮层激活程度和血氧水平也较低。因此，将观察量表所获得的信息与儿童的认知特征及CPT表现进行对比分析具有重要意义。专业人员由此可进行更为真实可靠的评估，进而为家长和教师提供更符合每个儿童个体需求的针对性建议。

然而，该方案的关键步骤之一是排除标准的管理；专业人员必须确保注意缺陷多动障碍（ADHD）症状并非由其他原因（如感知、情绪或社会问题）引起

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
EDAH	TEA 公司		这是一种用于评估注意缺陷多动障碍（ADHD）的量表，由家庭成员和/或教师填写。  该量表包含20个项目，提供有关注意力缺陷以及多动/冲动症状的信息，并有助于区分ADHD的三种亚型。其各分量表得分超过90%提示存在注意力缺陷、多动/冲动问题，或两者兼有。
WISC-IV R	TEA 公司		韦氏儿童智力量表第四版（WISC-IV，Wechsler，2005）是一种用于评估 6岁至16岁11个月之间 儿童及青少年个体智力的工具。
QEEG	Neurobics pocket		定量脑电图（Q-EEG）是一种计算机化的脑电图系统， 由Toomin改进，通过β/θ波比率反映皮层激活水平。 它可总体测量注意力，且不受具体执行任务的影响。
NIR-HEG	Brain trainer 公司		这是一种用于测量特定选定区域血氧水平的工具。近红外光谱脑功能成像（nir-HEG）利用生物组织的透光特性，结合发光二极管（LED optodes）发射的低频红光和红外光。
AULA Nesplora	Nesplora 公司		这是一种连续执行任务测验，用于评估6至16岁参与者在注意力、冲动性、信息处理速度和运动活动方面的表现。 该任务在虚拟现实环境中进行， 通过三维（3D）眼镜 （头戴式显示器，HMD）呈现，该设备配备有运动 传感器和耳机。
T.O.V.A（注意力变量测验）	T.O.V.A.  公司	T.O.V.A. 8 套件	T.O.V.A. 是一种客观、准确且经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的连续执行任务测验 （CPT），用于测量注意力和抑制控制的关键成分。 T.O.V.A. 被合格的医疗专业人员用作评估儿童和成人注意力缺陷（包括注意缺陷多动障碍，ADHD）的辅助工具。