不同強(qiáng)度非靶刺激聲對(duì)聽覺事件相關(guān)電位P300的影響*

景艷　陳睿春　梁建平

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·臨床研究·

不同強(qiáng)度非靶刺激聲對(duì)聽覺事件相關(guān)電位P300的影響*

景艷1陳睿春1梁建平1

【摘要】目的比較不同強(qiáng)度非靶刺激聲誘發(fā)的聽覺事件相關(guān)電位(auditory event-related potential,AERP)P300波潛伏期和幅值，探討相同頻率刺激聲條件下誘導(dǎo)典型P300波形所需的靶刺激和非靶刺激聲強(qiáng)度。方法對(duì)20例健康青年志愿者，均采用相同的短純音靶刺激聲( 1 kHz，60 dB nHL)和三種不同強(qiáng)度(50、65、70 dB nHL, 1 kHz)的非靶刺激聲(短純音)進(jìn)行3次AERP測試，比較其P300的潛伏期和幅值。結(jié)果每例受試者均能誘發(fā)出P300，70、65、50 dB nHL非靶刺激聲強(qiáng)度下，P300潛伏期分別為316.25±21.16、320.83±22.64、318.44±25.82 ms, 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；幅值分別為5.02±2.04、7.42±2.58、3.54±2.23 μV，65 dB nHL所誘發(fā)的P300幅值顯著大于70和50 dB nHL所誘發(fā)的幅值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，70和50 dB nHL所誘發(fā)的P300幅值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論改變非靶刺激聲強(qiáng)度對(duì)P300波潛伏期無明顯影響，但能顯著改變幅值；相同頻率刺激聲條件下，靶刺激和非靶刺激聲強(qiáng)度分別為60 dB nHL和65 dB nHL時(shí)能誘發(fā)出典型的P300波形。

【關(guān)鍵詞】聽覺事件相關(guān)電位；P300；誘發(fā)電位；聲刺激

聽覺事件相關(guān)電位(auditory event-related potential，AERP)是在不同聲刺激后50至500 ms之間出現(xiàn)的腦電反應(yīng)，包括P1、N1、P2、N2、P3等成分，因P3潛伏期在300 ms左右，故也稱為P300；推測其來源于額葉和顳葉的皮層下結(jié)構(gòu)，反映受試者大腦對(duì)聲信息的初步認(rèn)知加工能力，如信息處理、反應(yīng)能力、注意、判斷和工作記憶等認(rèn)知功能，可作為判斷大腦高級(jí)功能的一種客觀檢測指標(biāo)，在認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域及臨床研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。P300是AERP最主要的內(nèi)源性成分，其受任務(wù)難度、刺激模式等影響較大，而受刺激聲本身物理特性影響較小。研究發(fā)現(xiàn)，刺激聲強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與P300波潛伏期成反比[1,2]，但刺激聲強(qiáng)度對(duì)P300幅值的影響仍然存在爭議。本研究以相同強(qiáng)度靶刺激聲和不同強(qiáng)度非靶刺激聲對(duì)正常人進(jìn)行AERP測試，探索不同強(qiáng)度非靶刺激聲對(duì)P300波潛伏期和幅值的影響，以獲得誘發(fā)正常成人P300波形的適宜強(qiáng)度的刺激聲組合模式。

1資料與方法

1.1研究對(duì)象選擇健康青年志愿者共20例為研究對(duì)象，均來自醫(yī)學(xué)院學(xué)生，其中男8例，女12例，年齡20～28歲，平均24.3歲；身體健康，均為右利手，無聽覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病史及精神障礙，無智能缺陷，1個(gè)月內(nèi)無藥物服用史，測試前行電耳鏡檢查外耳及鼓膜未見異常，純音測聽示雙耳250～8 000 Hz各頻率聽閾≤20 dB HL。

1.2AERP檢測方法測試采用丹麥otometrics公司chart聽覺誘發(fā)電位儀，在聲電屏蔽室內(nèi)進(jìn)行測試(符合GB/ T16403- 1996要求)。測試前告知受試者測試目的、方法及相關(guān)注意事項(xiàng)，確保受試者配合完成測試。用皮膚清潔膏去角質(zhì)后貼放一次性電極，參考電極接于左側(cè)乳突表面(左耳為測試耳)，記錄電極接于前額正中，接地電極接于右側(cè)乳突表面，頭皮與電極間的阻抗<3 kΩ。測試時(shí)受試者取坐位，全身肌肉放松，閉目，始終保持頭腦清醒并集中注意力。頭戴式耳機(jī)，雙耳給聲，采用oddBall刺激序列，該序列由高概率、重復(fù)出現(xiàn)的非靶刺激聲和低概率的靶刺激聲組成。受試者熟悉聲刺激序列并能對(duì)靶刺激與非靶刺激進(jìn)行準(zhǔn)確辨別后開始測試，令其選聽靶刺激聲，并用心計(jì)算靶刺激聲出現(xiàn)的總次數(shù)，每次測試結(jié)束核對(duì)記錄計(jì)數(shù)結(jié)果。每例受試者均用相同強(qiáng)度、頻率的短純音靶刺激聲(60 dB nHL, 1 kHz)和強(qiáng)度不同(50、65、70 dB nHL, 1 kHz)的三種短純音非靶刺激聲進(jìn)行3次測試，強(qiáng)度先后順序按隨機(jī)數(shù)字表決定，得到3種不同給聲強(qiáng)度下的AERP波形。在兩次測試之間，受試者休息5 min，以避免疲勞影響后續(xù)測試。參數(shù)設(shè)置：靶刺激聲與非靶刺激聲出現(xiàn)概率比為20：80，均為短純音，刺激速率為0.9次/秒，刺激時(shí)程均為50 ms，其中上升時(shí)間及下降時(shí)間均為10 ms，平臺(tái)期為30 ms，帶通濾波范圍為1～30 Hz，增益為100 000，掃描時(shí)間500 ms，刺激聲相位為交替波。靶刺激誘發(fā)的反應(yīng)共疊加50次[3]。

完成測試后，根據(jù)潛伏期和峰幅值特點(diǎn)，對(duì)P1、N1、P2、N2、P3波進(jìn)行識(shí)別和標(biāo)注。在50～150 ms正向最大幅值的波形為P1，位于80～180 ms的最大波谷為N1，在150～250 ms正向最大幅值的波形為P2，位于180～350 ms的最大波谷為N2，在250～500 ms正向最大幅值的波形為P3(即P300)[4]。本研究主要統(tǒng)計(jì)P300的潛伏期及幅值，由于AERP波形的基線漂移較大，本文采用N2-P3峰谷幅度差值代替P300波幅值，當(dāng)P3波出現(xiàn)雙峰波時(shí)(如圖1中低強(qiáng)度組)，潛伏期和幅值取P3a和P3b的平均值。

圖1　三種刺激聲強(qiáng)度誘發(fā)的P300波形

上、中、下圖非靶刺激聲強(qiáng)度分別為70、65、50 dB nHL

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 13.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，組間數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

20例受試者均能容易、準(zhǔn)確地分辨靶刺激與非靶刺激(準(zhǔn)確率均>95%)，受試者良好配合時(shí)(避免眼球轉(zhuǎn)動(dòng)、頸部活動(dòng)，集中注意力等)均可誘發(fā)出AERP波形。根據(jù)靶刺激誘發(fā)的AERP在250～400 ms可見明顯正波(即P300)，而非靶刺激誘發(fā)的AERP在N2后的250～400 ms處無相應(yīng)正波，可以判定成功誘發(fā)P300。

三種強(qiáng)度非靶刺激聲下P300的波潛伏期較穩(wěn)定，但振幅的差異較大(表1、圖1)，三種強(qiáng)度下P300波潛伏期的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.33，P>0.05)，幅值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=7.21，P<0.01)，說明改變非靶刺激聲強(qiáng)度對(duì)幅值有顯著影響，而對(duì)潛伏期無顯著影響。用LSD法進(jìn)行多組間幅值差異的比較發(fā)現(xiàn):65 dB nHL強(qiáng)度所誘發(fā)的P300幅值顯著大于70和50 dB nHL聲強(qiáng)誘發(fā)的P300幅值(P<0.05)，而后2種聲強(qiáng)誘發(fā)的P300幅值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1　三種非靶刺激聲強(qiáng)度下P300波的潛伏期

3討論

目前測試AERP普遍采用經(jīng)典的“怪異的刺激串”(oddball paradigm)隨機(jī)模式的純音刺激，受試者在一系列預(yù)期的刺激(非靶刺激)中計(jì)算那些出現(xiàn)較少的非預(yù)期的聲刺激(靶刺激)，P300反應(yīng)即為大腦對(duì)非靶刺激聲的注意和靶刺激聲差異的識(shí)別所引起的腦誘發(fā)電位[3]。由于以高頻聲誘發(fā)的AERP最穩(wěn)定，臨床檢測中常選用高頻短聲或短純音為刺激聲。本研究發(fā)現(xiàn)在刺激聲頻率相同(1 kHz)的條件下，通過改變非靶刺激聲強(qiáng)度，也能獲得典型的P300波形。高頻聽力下降患者也能準(zhǔn)確分辨這些1 kHz的刺激聲，如果進(jìn)行AERP檢測，可能也可以獲得更穩(wěn)定和更容易識(shí)別的P300波形。

相對(duì)于易受物理刺激特性影響的外源性成分，P300與內(nèi)源性成分和認(rèn)知功能關(guān)系更密切，其反映腦部主觀注意時(shí)的認(rèn)知功能，而不是刺激聲本身的物理特性差異[5,6]。然而，近年來大量研究發(fā)現(xiàn)P300仍會(huì)受刺激聲強(qiáng)度變化的影響，Hillyard等[7]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)閾上刺激聲強(qiáng)度增加時(shí)，P300波潛伏期隨之縮短，而當(dāng)刺激聲強(qiáng)度接近受試者聽閾時(shí)，P300波形也趨向于平坦；Salisbury等[1]發(fā)現(xiàn)刺激聲的強(qiáng)度、刺激間隔等參數(shù)能影響P300波潛伏期，而且在背景噪聲存在時(shí)，P300波潛伏期延長。歐陽天斌等[2]發(fā)現(xiàn)，在40～70 dB SL范圍內(nèi)P300潛伏期隨刺激聲強(qiáng)度增加而縮短，推測其潛伏期與受試者對(duì)刺激做出辨別時(shí)所需的皮質(zhì)突觸數(shù)量相關(guān)，任務(wù)難度越大所需的皮質(zhì)突觸數(shù)量越多，相應(yīng)的潛伏期越長，而非刺激聲強(qiáng)度本身的作用。本研究中測試的靶刺激聲強(qiáng)度相同(均為60 dB nHL)，主要與非靶刺激強(qiáng)度有關(guān)，非靶刺激聲強(qiáng)度不同，P300波潛伏期無明顯差異，表明其潛伏期受非靶刺激聲強(qiáng)度的影響不大。

國內(nèi)外研究者對(duì)刺激聲強(qiáng)度與P300幅值的關(guān)系有較大爭議，有學(xué)者認(rèn)為P300幅值的變異較大，可靠性不如潛伏期，刺激聲強(qiáng)增加引起P300幅值變化沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[8,9 ]。但Lindin等[10]認(rèn)為刺激聲強(qiáng)度越大，受試者處于高度覺醒狀態(tài)，對(duì)靶刺激任務(wù)的注意就越集中，P300幅值也越高，原因可能是P300波幅受到刺激聲的物理參數(shù)和主觀識(shí)別靶刺激的任務(wù)難度的雙重影響，而刺激聲的物理屬性本身也是判定任務(wù)難度的因素之一[6,10]。本研究發(fā)現(xiàn)非靶刺激聲強(qiáng)度為65 dB nHL所誘發(fā)的P300幅值顯著大于70和50 dB nHL誘發(fā)的P300幅值，而后兩種聲強(qiáng)P300的幅值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。說明P300幅值的變化不是直接受非靶刺激強(qiáng)度變化的影響，而是與靶刺激與非靶刺激之間的聲音強(qiáng)度差有關(guān)，幅值隨著強(qiáng)度差增加而減小，如本研究中非靶刺激聲為65 dB nHL時(shí)靶刺激聲與非靶刺激聲強(qiáng)度差更小，相對(duì)任務(wù)難度大于另外兩組(大腦不一定有意識(shí)地感知了這種變化)，在進(jìn)行識(shí)別時(shí)需要更多中樞神經(jīng)元參與和激活，進(jìn)而產(chǎn)生更強(qiáng)的腦電反應(yīng)和更大的P300幅值。

隨著AERP研究的深入，P300作為判斷大腦高級(jí)功能和聽覺中樞功能的客觀指標(biāo)日益受到重視，已有報(bào)道其用于人工耳蝸植入術(shù)后聽力和言語認(rèn)知水平、噪聲下言語識(shí)別的客觀評(píng)估[11,12]。但誘發(fā)P300反應(yīng)要求受試者在清醒狀態(tài)下對(duì)刺激聲進(jìn)行辨別，并能對(duì)特定的刺激信息作出反應(yīng)，限制了其在臨床的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)用不同強(qiáng)度的非靶刺激聲誘發(fā)正常人AERP，得到典型的P300波形，結(jié)果顯示，非靶刺激聲強(qiáng)度對(duì)P300波潛伏期無明顯影響，但對(duì)P300幅值有影響，靶刺激和非靶刺激聲強(qiáng)度分別為60 dB nHL和65 dB nHL時(shí)能誘發(fā)出典型的P300波形；為深入探討大腦皮層聽覺認(rèn)知過程和P300的產(chǎn)生機(jī)制提供了依據(jù)，但刺激聲影響P300波的具體機(jī)制還有待今后進(jìn)一步研究。

(致謝：感謝廣州瑋思儀器科技公司林紹琮工程師在實(shí)驗(yàn)過程中給予的幫助！)

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(2015-08-10收稿)

(本文編輯周濤)

The Effects of Different in Nontarget Stimulus Intensity on Auditory Event-related Potential P300

Jing Yan, Chen Ruichun, Liang Jianping

(Department of Otolaryngology , the People’s Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning， 530021, China)

【Abstract】ObjectiveTo compare the latency and amplitude of normal subject's auditory event-related potentials(AERP) via P300 evoked by same target stimulation and different intensitve non target stimulation, and to explore the appropriate intensity of target and nontarget stimulus which evoke typical P300 at the same frequency.MethodsA total of 20 normal young volunteers were induced in this study. Each subject received 3 AERP tests, respectively by the same tone burst target stimulus(60 dB nHL, 1 kHz) and different intensity levels for the non target stimulus(50, 65, 70 dB nHL, and 1 kHz), and the latency and amplitude of 3 group's P300 were compared.ResultsIn all cases, P300 was successfully induced. The latencies of 3 group's P300 were 316.25±21.16 ms,320.83±22.64 ms,318.44±25.82 ms (P>0.05)，respectively and the amplitudes of 3 group's P300 were 5.02±2.04 μV，7.42±2.58 μV，3.54±2.23 μV (P<0.01),respectively.The amplitude of the moderate intensity group was greater than the high intensity group and low intensity group, and the amplitude differences were not statistically significant between the high and the low intensity groups.ConclusionDifferent intensity levels of nontarget stimulus do not affect the latency of P300, but significantly affect the amplitude. Along with the decreasing of the intensity difference of target and nontarget stimula, the P300 amplitude raise gradually. A typical P300 is induced at the same frequency when the target stimuli and non target stimuli are 60 dB nHL and 65 dB nHL respectively.

【Key words】Auditory event-related potential;P300;Evoked potentials;Acoustic stimulation

【中圖分類號(hào)】R764.04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1006-7299(2016)02-0138-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-7299.2016.02.006

作者簡介：景艷，女，湖北人，醫(yī)學(xué)碩士，主治醫(yī)師，主要研究方向?yàn)槎茖W(xué)基礎(chǔ)與臨床。通訊作者：梁建平(Email:liangjps@126.com)

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-2-116：18

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20160201.1618.014.html

*廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳自籌經(jīng)費(fèi)科研課題(Z2014619)

1廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院耳鼻咽喉科(南寧530021)