Notch noise持續(xù)影響作用的ERP探析

馬玥璐,陳 林,齊韞藝

(安徽中醫(yī)藥大學 人文與國際教育交流學院，合肥 230012；中國科學技術大學 生命科學學院，合肥 230026)

Notch noise 意為“有缺口的噪聲”，即把一定帶寬的噪聲Noise，按照一定參數挖去一部分后，變成為一個Notch noise。關于Notch noise的研究有從聽力損失方面的研究[1-5]。也有從生物神經方面研究Notch noise的影響[6-10]。也有用Notch noise測量人和動物聽覺頻率分辨率的研究[11-12]。有特別研究Notch noise對動物的影響作用[13]。也有和主觀性耳鳴聯(lián)系的研究[14-15]。

相關研究，聽覺刺激noise通常選用1 kHz、2 kHz、4 kHz和5.657 kHz為噪聲刺激，而Notch noise則在此基礎上根據一定的參數挖去一部分做成需要的不同的Notch noise聲音刺激，其中具體參數如下：

其中4 kHz的三個不同帶寬的Notch noise中為最優(yōu)inducer的人數最多，故本研究也選取4 kHz的三個不同帶寬的Notch noise作為腦電實驗的刺激材料。在前人研究基礎上，選取4 kHz的三個不同帶寬的Notch noise的行為實驗，具體設置如下：

0.6oct notch noise(nn1):[3175Hz，4825Hz]

0.8oct notch noise(nn2):[2920Hz，5080Hz]

1.0oct notch noise(nn3):[2667Hz，5333Hz]

把nn1、nn2、nn3和noise組成的刺激材料，均以呈現1 s，空1 s的形式組成不同的“小火車”刺激序列，其中以7個noise 和7個notch noise 為一組，隨機組合成前后兩組刺激材料。前人行為數據研究顯示，有些個體對于notch noise組成的“小火車”序列中聽到了一個根本不存在的“純音”。這恰恰證實了聽覺負后像的存在，即前一個notch noise短暫呈現消失，下一個notch noise又短暫呈現消失，即刺激短暫消失后在聽覺通道產生了一個聽覺負后像，因此個體報告聽到了一個“純音”，而這個所謂的“純音”實際上根本就不存在，是notch noise呈現消失后產生是聽覺負后像。但在noise組成的“小火車”序列中卻沒有產生聽覺負后像現象，由此，notch noise是產生聽覺負后像的主要因素。由此，notch noise的特殊性，引起了很多研究者的興趣。本研究主要以notch noise為研究刺激材料，在前人研究的基礎上，試圖探究持續(xù)1小時以上的notch noise作用下，采用非侵入式的腦成像技術，事件相關電位(ERP)的方法，借此探究個體大腦的狀態(tài)在持續(xù)1小時的notch noise作用下有何變化。前人相關研究中的notch noise都只是作用短暫的1s或幾秒，本研究試圖延長notch noise的作用時間為持續(xù)1小時以上，借助ERP的方法探究大腦的微狀態(tài)及相關腦電指標的變化情況。

1 方法

1.1 被試

被試全部來自某高校大學生，為自愿報名參加實驗，實驗前練習實驗程序，等熟悉實驗程序后方開始正式實驗，實驗前所有被試簽訂實驗知情書。實驗后給予一定的報酬。被試平均年齡為22.3(年)，女23人，男26人。本次實驗收集了49個被試的腦電數據。

1.2 工具

1.2.1 腦電記錄和分析系統(tǒng)

運用腦電放大器 SynAmpsRT 64-Channel Amplifier和美國Neuroscan腦電采集及分析軟件Scan 4.3；電極帽為Quik-Cap 64的腦電記錄系統(tǒng)。BrainProducts公司的actichamp型號的ERP記錄儀器,采用國際10-20系統(tǒng)擴展的64導電極帽記錄被試的腦電活動情況(EEG)。在進行數據記錄時,左右參考電極分別置于雙側乳突,接地點位于前額FPz和Fz的中點處。實驗前要求每個被試清潔頭發(fā)，并用尺子測量好被試腦袋的矢狀線和冠狀線的尺寸，按照10-20系統(tǒng)計算出前額FPz的位置和枕葉隆凸Oz的位置，每個電極處頭皮和電極之間的阻抗均小于5 kΩ。實驗過程中的濾波帶通為DC0.05～80 Hz,采樣頻率為500 Hz/導。

使用德國BrainProducts公司的ERP數據分析系統(tǒng)BrainVisionAnalyzer2.1,對所得ERP數據進行離線式(off-line)疊加處理。數據分析時以雙側乳突的平均值為參考,濾波帶通為0.01～30 Hz,波幅大于±200 μV的腦電波被視為偽跡自動剔除。分析時程為1 200 ms,其中以刺激呈現前200 ms作為基線,刺激呈現后的1 000 ms為反應階段。頻譜分析主要集中在6個中線位置Fz、FCz、Cz、Pz、POz和Oz。

1.2.2 音頻編輯軟件

音頻編輯軟件 Adobe Audition 3.0，先用軟件生成一個noise，然后根據一定參數做出不同的notch noise,其中以4 kHz帶寬的notch noise[2 667 Hz，5 333 Hz]做成呈現2 000 ms的notch noise。最終實驗時耳機的聲音大小用Overload的聲級器，型號為AWA5661,耳機聲音用聲級器調節(jié)為50dB SPL大小。

1.3 程序

實驗分三個階段：

1.3.1 第一個階段——行為實驗階段

Noise1以1 s呈現并且每個Noise之間都相隔1 s，選取7個Noise為一組，組成一個序列“小火車”；Notch noise1也以1 s呈現，每個Notch noise之間也都相隔1 s，同樣選取7個Notch noise為一組，也組成一個序列“小火車”。兩列不同的“小火車”序列前后順序隨機排列，如下圖所示：

Noise

Notch noise

Notch noise序列“小火車”，呈現1 ms，間隔1 ms

Noise序列“小火車”，呈現1 ms,間隔1 ms

Noise和Notch noise前后隨機呈現序列

Notch noise序列“小火車”和Noise序列“小火車”隨機分前后呈現，讓被試戴上耳機注意聽，認為前一段有純音的按鍵“1”，認為后一段有純音的按鍵“2”。a.陰性組聽不到notch noise序列小火車中有純音；b.陽性組能聽到notch noise序列小火車中有純音。實質上notch noise序列小火車中是沒有純音信號的，陽性組出現了由于notch noise信道源引發(fā)的聽覺負后像現象。

1.3.2 第二個階段——notch noise持續(xù)1小時以上刺激

先讓被試睜眼5分鐘，安靜坐著，記錄被試靜息睜眼腦電波。接著讓被試閉眼5分鐘，安靜坐著，記錄被試靜息閉眼腦電波。而后開始實驗的第二個階段。

以4 kHz帶寬的notch noise[2667Hz，5333Hz]做成呈現2000 ms的notch noise，讓被試看無聲電影，同時戴上耳機聽notch noise持續(xù)1小時以上。

1.3.3 第三個階段——聽純音刺激

讓被試繼續(xù)看無聲電影，同時聽500Hz和700Hz的純音半個小時，記錄腦電信號。而后再記錄被試睜眼靜息腦電5分鐘和閉眼靜息腦電5分鐘。實驗結束。

實驗三個階段如下程序圖1：

圖1 實驗三個階段

2 結果

2.1 行為數據結果

行為學實驗結果判斷被試是否有聽覺負后像現象。實驗刺激是Notch noise序列“小火車”和Noise序列“小火車”隨機分前后呈現，讓被試戴上耳機注意聽，認為前一段有純音的按鍵“1”，認為后一段有純音的按鍵“2”。a.陰性組聽不到notch noise序列小火車中有純音；b.陽性組能聽到notch noise序列小火車中有純音。結果參加實驗的被試全部為陰性組，即沒有在Notch noise序列“小火車”中聽到純音，即沒有出現預設的聽覺負后像現象，故行為學實驗結果對純音識別的正確率是50%。

2.2 腦電數據結果

頻譜分析主要集中在6個中線位置——Fz、FCz、Cz、Pz、POz、Oz,探究靜息腦電前后α波和β波的變化；其中用于峰值識別的部位和相應的延遲窗口包括：P100(80-180 ms)；P2(80-180 ms)P300(270-550 ms)；同時考查150-250 ms時間范圍內出現的負波MMN的腦電數據和晚成分(LPP)時間窗(350-600 ms和600-1 000 ms)的情況。

2.2.1 靜息腦電前后功率分析

α波(7.5～12.5 Hz)：實驗前靜息閉眼腦電和聽Notch noise后靜息閉眼腦電的功率值在Fz點有顯著差異，t(1,6)=10.038,p=0.063，p<0.1。實驗前靜息睜眼腦電和聽Notch noise后靜息睜眼腦電的功率值在Fz點有顯著差異，t(1,6)=8.846,p=0.072，p<0.1；Cz點有顯著差異，t(1,6)=22.828,p=0.028，p<0.1；Pz點有顯著差異，t(1,6)=15.747,p=0.040，p<0.1；POz點有顯著差異，t(1,6)=7.955,p=0.080，p<0.1。

β波(14～30Hz)：實驗前靜息閉眼腦電和聽Notch noise后靜息閉眼腦電的功率值在Fz點有顯著差異，t(1,6)=9.215,p=0.069，p<0.1；Cz點有顯著差異，t(1,6)=12.401,p=0.051，p<0.1；Oz點有顯著差異，t(1,6)=34.053,p=0.019，p<0.1。實驗前靜息睜眼腦電和聽Notch noise后靜息睜眼腦電的功率值在Fz點有顯著差異，t(1,6)=58.712,p=0.011，p<0.1；Cz點有顯著差異，t(1,6)=8.016,p=0.079，p<0.1；Pz點有顯著差異，t(1,6)=11.831,p=0.054，p<0.1；POz點有顯著差異，t(1,6)=14.061,p=0.045，p<0.1；Oz點有顯著差異，t(1,6)=6.738,p=0.094，p<0.1。

靜息腦電前后頻譜圖如下圖2：

圖2 靜息腦電前后頻譜分析圖

2.2.2 大腦MMN的狀態(tài)

持續(xù)聽1小時的Notch noise之后，讓被試緊接著聽500 Hz和700 Hz的純音，其中采用經典的被動oddball范式，500 Hz純音是標準刺激，700 Hz純音是偏差刺激，純音實驗大約40分鐘，包含了1 800個刺激。其中標準刺激出現的概率是87.5%，偏差刺激出現的概率是12.5。被試繼續(xù)看無聲電影，同時記錄被試的腦電。

結果顯示，被試在后期oddball范式中500 Hz和700 Hz的純音階段，Fz、Pz、Cz、Oz、POz、FCz點均出現了MMN(150～250 ms)。這和之前沒有持續(xù)聽1小時Notch noise的被試對于oddball范式中500 Hz和700 Hz的純音結果是一致的，說明持續(xù)聽1小時Notch noise并沒有對oddball范式中500 Hz和700 Hz的純音階段的大腦的MMN變化造成影響。但是從腦電波形看，Fz、Cz、POz、Pz和Oz五個電極點的MMN均出現在大約210 ms左右，而FCz點的MMN出現在大約130 ms左右。如下圖3所示.

圖3 Fz、Pz、Cz、Oz、POz、FCz點MMN(150～250 ms)情況

2.2.3 P1

持續(xù)聽1小時的Notch noise過程中和純音測試階段的P1波形中，Cz點有顯著性差異，t(1,6)=14.633,p=0.043，p<0.1；Pz點有顯著性差異，t(1,6)=9.149,p=0.069，p<0.1。

2.2.4 P2

持續(xù)聽1小時的Notch noise過程中和純音測試階段的P2波形中，Pz點有顯著性差異，t(1,6)=15.119,p=0.042，p<0.1；Oz點有顯著性差異，t(1,6)=8.158,p=0.074，p<0.1。

2.2.5 P300

持續(xù)聽1小時的Notch noise過程中和純音測試階段的P300波形中，Pz點有顯著性差異，t(1,6)=7.115,p=0.089，p<0.1。

2.2.6 P6

持續(xù)聽1小時的Notch noise過程中和純音測試階段的P6波形中，Pz點有顯著性差異，t(1,6)=8.620,p=0.074，p<0.1。

2.2.7 P9

持續(xù)聽1小時的Notch noise后，在純音測試階段在時間窗600-1000 ms晚成分在Fz、Cz和CPz點大約在900 ms均出現一個差異波形，但在持續(xù)聽1小時的Notch noise的過程中卻沒有出現這個晚成分波形，如圖4所示.其中Pz點差異最為顯著，t(1,6)=7.011,p=0.090，p<0.1。

圖4 Fz、Cz、CPz點晚成分(600～1000 ms)差異波

3 討論

3.1 行為數據討論

行為學實驗結果對純音識別的正確率是50%，說明本次參加實驗的被試全部為陰性組，即沒有在Notch noise刺激下出現聽覺負后像現象。

3.2 腦電數據討論

3.2.1 靜息腦電前后功率的討論

持續(xù)聽1小時的Notch noise之后，靜息腦電α波和β波的頻譜分析在Fz、Cz、Pz、POz、Oz均出現了顯著性變化，說明1小時的Notch noise對于大腦的影響是明顯的，雖然這些被試在參加實驗的行為數據中都為陰性組被試，但是在腦電實驗階段大腦的靜息腦電在Notch noise持續(xù)長時的影響下，發(fā)生了顯著變化。

3.2.2 MMN的討論

持續(xù)聽1小時的Notch noise之后，被試在后期oddball范式中500 Hz和700 Hz的純音階段，Fz、Pz、Cz、Oz、POz、FCz點依然出現了MMN(150～250 ms)，說明1小時的Notch noise對被試純音的識別的影響不大，也可能是本次參加實驗的被試全部是陰性組(實驗前行為數據結果)，本身對Notch noise不敏感的原因。另FCz點的MMN比其他5個電極點的時間窗口有所提前，可能是因為前額葉對Notch noise的加工更活躍。

3.2.3 其他腦電成分

P1、P2、P300、P6、P9均在Pz點表現出顯著性差異，Pz點在后枕頂位置，是與聽覺有關的中線位置電極點，說明1小時的Notch noise和純音聽覺信息都對被試產生了影響，其中P6和P9兩個晚成分出現了顯著差異，晚成分表明了情緒的變化，說明聲音信息1小時的Notch noise作用之后對被試情緒產生了一定影響。Notch noise是產生聽覺負后像的條件，雖然本次實驗所有被試在行為實驗階段均表現出陰性組，但是后期1小時的Notch noise Pz點在這些腦電成分上表現出的顯著性差異，說明1小時的Notch noise還是對被試產生了一定影響，尤其在情緒方面。已有研究表明聽覺負后像與耳鳴有一定關系，故本次研究結論表明持續(xù)的Notch noise與耳鳴在個體情緒這個心理層面產生一定影響，這為耳鳴患者心理干預提供了一定的研究方向。

4 結論

1)Notch noise是聽覺負后像產生的條件，但不是每個個體在其作用下都會產生聽覺負后像；

2)持久的Notch noise并不會影響個體對于oddball范式中刺激的知覺；

3)持久的Notch noise與耳鳴有一定聯(lián)系，對個體的情緒等心理產生影響。