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编号:10246958
新奇P300电位
http://www.100md.com 《中华物理医学与康复杂志》 1999年第3期
     作者:吴文* 吴宗耀

    单位:*现在广州珠江医院康复科工作;400038 重庆,第三军医大学西南医院康复科

    关键词:P300电位;认知

    新奇P300电位 【中图号】 R338.1

    P300电位是事件相关电位(Event-related potential ERP)中第三个正相成分,可反映大脑的认知功能,为探测大脑的认知功能提供了一个有效的工具。资料表明P300电位由数个在头皮上分布,潜伏期、刺激后出现的时间、持续时间及心理学意义不同的亚成分组成,这些亚成分多出现在刺激后200~600ms的时间范围内,可以孤立出现或在时间及空间上相互重叠。这些成分被合称为晚正复合波(Late Positive complex,LPC),主要包括有P3a、P3b、P3e、新奇P300及慢波(SW)。新奇P300与大脑自动加工过程及定向反应 (orienting response OR)有关,是一种能有效地反应信息自动加工的指标。目前,国内未见这方面的研究,本文就新奇P300作一简要介绍。
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    1 新奇P300电位的概念

    新奇P300电位是由新奇(novel)刺激诱出的P300电位。所谓新奇刺激是指不能预料的,与背景事件不同的、复杂的、色彩丰富的、不易辨认和抽象的刺激,即难以编码的刺激,受试者对其不能认识或难以分类,在新奇刺激出现后300~400ms左右出现的一个较大正波,其头皮分布以Fz或Cz点记录的波幅最大,随着新奇刺激的重复出现,很快出现习惯化(habituation),同时有向Pz点转移的趋势[1]

    2 方法学

    目前,引出新奇P300的刺激类型主要是视觉,听觉及体感三种新奇刺激。刺激模式采用odd-ball三刺激模式,该模式中有三种刺激成分,即重复的大概率标准刺激,小概率的靶刺激及小概率的新奇刺激,后两者随机地分布于标准刺激序列中,要求受试者积极注意靶刺激(靶刺激呈现时计数或按键),忽略标准刺激,事先也不告诉有新奇刺激[1] 。在该模式中,新奇刺激可引出新奇P300。在听觉刺激时,在背景“音调”序列中出现的诸如犬叫声,计算机合成的新奇怪叫声为新奇刺激;在视觉刺激时,在数字或字母背景中随机出现的奇导彩色图案;在手指触觉刺激背景下,随机出现的手腕部电震动刺激或非相关手指的触觉刺激等都为新奇刺激且都可引出头皮分布相似的P300电位,即新奇P300。
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    3 新奇P300电位的特点

    新奇P300由两部分组成,即在Fz或Gz占优势并反映了定向反应的部分,重复刺激具有快速习惯性,以及在顶部占优势的部分,没有习惯性。一旦新奇事件被当成小概率非靶事件编码 (该编码过程由新奇P300顶叶部分反映),新奇刺激引起的定向反应过程就不再需要了[2]

    3.1 新奇P300的潜伏期及时程[1,3,4]

    新奇P300的潜伏期相对较稳定, 随新奇刺激不同有一定变化,潜伏期为300~400 ms,时程150~200 ms。刺激的新奇程度越大,其新奇P300的潜伏期及时程越短。

    3.2 新奇P300的波幅及头皮分布[1,3,4]

    新奇P300波幅随不同的感觉刺激变异较大,新奇P300电位波幅与刺激的新奇程度正相关,新奇程度越大,波幅越大,不同的新奇刺激,P300电位的分布也不完全相同。体感新奇P300电位呈顶中央分布,而视、听新奇P300电位呈额中央分布。此外,相同种类的不同程度的新奇刺激P300电位分布也不同,Cyowicz等[5]发现重复熟悉的新奇声音诱出的新奇P300电位波幅在Fz点降低,而重复不熟悉的声音诱出的新奇P300电位波幅在顶部增大,这可能反应了区别不同新奇程度的神经网络的活动。
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    3.3 新奇P300电位的习惯性

    单次ERP记录发现, 新奇P300电位有快速的习惯性,第15次新奇刺激与第1次新奇刺激引出的P300电位相比, 波幅显著降低,且波幅从Fz点占优势转移到Pz点占优势, Fz/Pz两点波幅比率,第一个新奇刺激是1.22,而到第15个新奇刺激时降低到1.02[3]。此外,不同的刺激类型的习惯性程度不同,视觉新奇刺激的习惯性程度为48%,听觉刺激为27%,而体感刺激的习惯性程度最低。另一方面,新奇P300电位的颅顶成分及靶P300都无明显的适应性,可能两者有相同的神经起源并反映了类似的认知活动。

    4 新奇P300的起源

    新奇P300电位与靶P300电位具有不同的头皮分布,不同的潜伏期,不同的任务要求,特有的习惯性及不同的心理学意义,说明两者是不同性质的P300电位,可能有不同的神经起源。因为新奇刺激即使是单侧刺激,新奇P300仍呈对称分布,说明其起源在双侧大脑半球或深部中线附近。
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    4.1 额叶和扣带前回

    新奇P300电位的分布以额叶占优势, PET显示新奇刺激时,额叶及扣带前回(anterior cingulate gyrus, Acg) 的血流量,代谢率增加。随新奇刺激的重复,代谢率增高区域逐步向顶部发展[6]。颅内诱发电位记录发现,新奇刺激时,在Acg、直回(gyrus rectus, GR)及偶尔的在外侧额叶出现与头皮P300电位极性反转的对应电位,伴有陡的电位梯度[7] 。单侧或双侧额叶损伤的患者,靶P300电位仍正常,新奇P300电位则缺乏或显著降低[3]。此外,Mecklinger等[8]用时空偶极子模型分析发现,新奇P300电位的偶极子分布于额区,并且该区对新奇事件的加工比对靶刺激的加工早70ms。这些资料提示新奇P300电位的起源可能在额叶及扣带前回。然而,Knight[9]发现单侧额叶损伤的患者,在损伤一侧并没有呈现新奇P300电位的偏侧性降低 (即损伤侧没有新奇P300电位的选择性降低),但仍伴有外周交感皮肤反应降低及习惯性缺乏。他认为额叶并不是该电位的主要起源,但可调节和影响新奇P300的发生。
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    4.2 海马、颞上平面及颞顶联合区

    海马损伤的患者的新奇P300电位波幅在整个头皮记录点都降低,以额区降低最明显,且无论左侧或右侧海马损伤,也不论从损伤的哪侧给予刺激都呈现相同的反应, 且PET及颅内记录也显示新奇刺激促发海马区的活动[10]。因此,海马可能也与新奇P300的起源有关。此外,Alho等[11]记录新奇P300电位的脑磁图(MEG)发现新奇P300电位的起源在颞上平面的听皮层内,该部位与新奇刺激引起的无意注意的神经网络有关。Yamaguchi等[12]报道单侧颞顶联合区损伤的患者用体感新奇刺激刺激对侧肢体时、头皮所有电极点都未引出P300电位,而在损伤半球的同侧肢体提供新奇刺激时,引出新奇P300电位波幅降低。说明颞顶联合区及颞上平面对新奇P300电位的引出也有重要作用。

    4.3 多起源

    Morecraft 等[13]报道,产生注意及定向反应的神经网络涉及到额叶,扣带回及顶叶三个主要部位,此外,与颞叶、岛叶及海马也有关。以上三个主要部位的损害可导致注意障碍,定向反应减低或消失,临床表现忽略综合征。因此,有理由相信反映定向反应的新奇P300电位的起源与以上多个部位有关。
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    5 新奇P300电位与P3a电位的关系

    新奇P300与P3a有相似的头皮分布, 两者产生时都可伴发交感皮肤电反应,都反映了定向反应的中枢成分,都有习惯性,且都是非任务相关刺激引出。文献上经常将两者互换使用。但两者也有些不同的方面。首先,刺激条件不同,引出P3a可以只是在一串重复的序列中的音调、强度、间隔时间或字母数字大小,位置的轻度偏离的小概率事件引出,且受试者也不需要有意注意它就可产生,甚至在有意注意时,P300电位分叶的前部分也称作P3a。 但新奇P300的新奇刺激需与背景显著不同,受试者对其难以分类、编码,并且实验前并不告诉受试者有该种刺激以增大其新奇性。其次,P3a的潜伏期可以短至210 ms,而新奇P300电位的潜伏期一般都大于300 ms, 且波幅也大于P3a的波幅。 因为新奇P300与P3a的引出条件, 潜伏期及波幅显著不同,因此称这种P300电位为新奇P300,但两者的分布,习惯性及与定向反应的关系三方面的相似性说明两者的共性。是否两者是同一现象,或其间只有量的差异,现阶段尚不清楚。
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    6 新奇P300的产生机制

    6.1 失匹配学说

    该学说认为额叶对新奇P300的产生具有的实质性作用不在于额叶对其它结构的持续抑制,而是在于对新奇刺激加工本身,通过比较输入的新奇刺激与已使额叶神经元放电的背景刺激,如果两者不匹配,就触发了新奇P300的产生, 但随着刺激的重复, 两者匹配后,新奇P300就逐渐减小或向顶部转移[8]

    6.2 记忆痕迹学说

    该学说认为新奇P300的产生是因为大脑在没有某种新奇事件的表征时,新奇事件激活额叶促使大脑自动对其加工,引起警觉水平提高,以利于编码,促使形成记忆痕迹,就形成了新奇P300,一旦形成确定的记忆痕迹,警觉水平又恢复正常,大脑新奇刺激的自动加工过程就减弱,新奇P300波幅就逐渐降低。Courchesne等[1]认为如果大脑最初没有存储某种刺激的信息,则这种刺激可引出额叶分布为主的新奇P300;相反,大脑里若存储了某种刺激的信息,则这种刺激引出一个顶叶分布为主的新奇P300,这个过程有赖于额叶对新奇事件的加工。
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    7 新奇P300电位的心理学意义

    新奇P300电位反映了大脑对新奇刺激的自动加工过程及信号评价相关的自动注意过程。新奇刺激可以引起无意注意或被动注意,启动大脑的定向反应,新奇P300可能代表定向反应的中枢表征。定向反应的外周表现如交感皮肤电反应也与新奇P300关联,Deguchi等[14]观察到,新奇刺激引出新奇P300时,同步记录到的交感皮肤电反应比靶及标准刺激引出的交感皮肤电反应波幅更大,潜伏期更短。新奇P300波幅与交感皮肤电反应波幅正相关,这种相关性在额区比顶区更显著。此外,大脑对新奇事件的自动加工能力,是对新信息储存的一个重要条件,而新奇P300可反映这一能力。正是有这种能力,人们才能够认识新事件,大脑也才能对新事件登记,以完成信息的分类,这是形成新知识的结构基础。

    参 考 文 献

    1 Courchesne E,hillvard SA,Galambos R. Stimulus novelty, task relevance and the visual evoked potential in man. Electroenceph Clin Neurophysiol,1975, 39:754-766.
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    2 Cycowicz YM,Friedman D. A developmental study of the effect of temporal order on the ERPs elicited by novel environmental sounds. Electroenceph Clin Neurophysiol, 1997,103:304-318.

    3 Knight RT. Decreased response to novel stimuli after prefrontal lesions in man.Electroenceph Clin Neurophysiol, 1984,54:9-20.

    4 Yamaguchi S,Knight RT. P300 generation by novel somatosensory stimuli. Electroenceph Clin Neurophysiol,1991,78:50-55.
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    5 Cyowicz YM ,Friedman D. Effect of sound familiarity on the event-related potentials elicited by novel environmental sounds. Brain-Cogn,1998, 36: 30-51.

    6 Ebmeier kp, Steels JD, Mackenzie DM, et al. Cognitive brain potentials and regional cerebral blood flow equivalents during two-and three-sound auditory "oddball tasks". Electroenceph Clin Neurophysiol, 1995, 95:434-443.

    7 Baudena P, Halgren E,Heit G,et al. Intracerebral potentials to rare target and distractor auditory and visual stimuli III. Frontal cortex. Eletroenceph Clin Nerophysiol, 1995, 94:251-265.
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    8 Mecklinger A ,Vllsperger P. The P300 to novel and target events: a spatiotemporal dipole model analysis. Neuroreport,1995,7:241-245.

    9 Knight RT. Distributed Cortical Network for Visual Attention. Journal of cognitive Neuroscience, 1997, 9:75-91.

    10 Knight RT. Contribution of human hippocampal region to novelty detection. Nature, 1996, 383:256-259.

    11 Alho k,Winkler I, Escera C, et al. Processing of novel sounds and frequency changes in the human auditory cortex: magnetoencephalographic recordings. Psychophysiology, 1998, 35:211-224.
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    12 Yamagachi S ,Knight RT. Effects of temporal-parietal lesion on the somatosensory P3 to lower limb stimulation. Electroenceph Clin Neurophysiol, 1992, 84:139-148.

    13 Morecrafe RJ, Geula C ,Mesulam MM. Architecture of connectivity within a cingulo-fronto-parietal neurocognitive network for directed attention. Archives of Neurology, 1993, 50:279-284.

    14 Deguchi K, Takeuchi H, Touge T, et al. Significance of cognitive function in the elicitation of sympathetic skin response in healthy humans. J Auto Nerv Syst, 1996,61:123-127.

    (收稿 1998-11-10 修回 1999-04-23), http://www.100md.com(吴文* 吴宗耀)