概率对冲突信息诱发的事件相关电位N270的影响
作者：崔莉莉 王玉平 王惠军 田书娟 王德泉
单位：崔莉莉(北京市宣武医院神经内科 100053)；王玉平(北京市宣武医院神经内科 100053)；王惠军(北京市宣武医院神经内科 100053)；田书娟(北京市宣武医院神经内科 100053)；王德泉(北京市宣武医院神经内科 100053)；崔莉莉(武警总医院神经内科)
关键词：事件相关电位；冲突信息；概率
脑与神经疾病杂志000506
摘 要 目的：研究刺激概率对颜色冲突信息诱发的事件相关电位N270的影响。方法：将四种颜色随机组合的刺激对分为三组：一组，在该组刺激中颜色相同的刺激对与不同的刺激对各占50%的概率；二组颜色不同的占85%，相同的占15%的概率；三组颜色不同的概率占15%，相同的占85%。受试者的任务：辨别前后呈现的两个刺激(第一个刺激S1，第二个刺激S2)颜色是否相同。结果：在颜色冲突(两个刺激颜色不同)事件中，S2刺激可诱发出一显著的事件相关电位负波(N270)，该负波并不出现在非冲突事件中，且N270的振幅不受概率的影响。结论：N270是反映脑内特定冲突信息探知系统的神经电活动指标，与N2b不同，不受刺激概率的影响。
, http://www.100md.com
The effects of probabilities on event-related potential N270
Cui Lili,Wang Yuping,Wang Huijun,et al.
(Department of Neurology,Xuanwu Hospital,Capitla University of Medical Sciences,Beijing 100053)
Abstract Objective To observe the changes of event-related potential in different probability of conflicting information.Methods:Subjects were instructed to discriminate if the two stimulus spots presented in sequence on screen were of the same color.The stimulus pairs were divided into three groups:1,The matched and non-matched stimulus pairs were of the same probability,50% respectively.2,The probability of non-matched color pairs was 85% but the other was 15%.3,The probability of non-matched color stimulus pairs was 15%,but the other was 85%.Result:A remarkable negativity(N270) was recorded from all scalp electrodes in the conflicting stimulus pairs (non-matched) rather than the matching stimulus pairs.N270 amplitude was not influenced by the probability of the stimulus pairs.Conclusion:There exists a specific system to process the conflicting information in the brain.
, 百拇医药
Key words Event-related potential Conflicting information Probability
近来的研究显示脑内存在一冲突监测系统，它能探知信息处理中的冲突发生，且功能影像学方法显示此系统涉及到前扣带回等区域[1，2]。在我们前期的研究中，发现非匹配的作业任务可诱发出一事件相关电位(ERP)N270成分，它反映了大脑皮层对冲突信息处理过程[3]。N2b是另一种事件相关的负波，主要反映大脑对刺激特征的分辨过程，N2b容易受刺激概率的影响[4]。由于N270与N2b处在同一时间窗内，如何将它们分开是非常重要的。所以在此试验中应用事件相关电位的方法，我们想观察N270是否受刺激概率的影响，以使其与N2b进一步区分开。
资 料 与 方 法
受试者有13人，男7人，女6人，年龄21～29岁。家族中无精神病或神经病史。所有受试者均达大学文化水平，且视力正常或校正至正常。
, http://www.100md.com
刺激为呈现在屏幕上的直径2.2cm的彩色光点，由4种颜色随机组成。先后呈现的两个刺激构成一对刺激。每一刺激对中每一个刺激(SI)的起始点与第二个刺激(S2)的起始点间隔500毫秒，持续时间分别为300毫秒。每个刺激的平均视角校正至10°。每对刺激间隔时间为5秒。刺激对分为三组：第一组S1与S2颜色相同的与不同的分别占50%的概率；第二组S1与S2颜色不同的占85%，相同的占15%概率；第三组S1与S2颜色不同的占15%，相同的占85%概率。每组试验分别进行，相同与不同的刺激对随机出现。
电极安装完毕，受试者坐于屏蔽室内一张舒适的椅子上，两眼注视屏幕中心的一点，眼睛距屏幕中心1米。受试者的任务为辨别前后出现的两个刺激颜色是否相同，相同时左手按键盒的一个键，不同时右手按键盒的另一个键，要求一旦识别即尽快按键。每位受试者在实验中左右手反应平衡。10次练习后，刺激事件顺序呈现。
ERPs自头皮20个电极部位记录(FP1，FP2，F7，F8，F3，F4，FZ，T3，T4，T5，T6，C3，C4，CZ，P3，P4，PZ，O1，O2，OZ)。双耳联合电极为参考电极(国际标准10/20系统)。用银/氯化银电极，电极皮肤阻抗在5KΩ以下。水平眼动监测电极位于双外呲外2cm，垂直眼动由左眼眶上下处记录。信号由放大器放大，滤波0.05～100Hz，采样频率为500赫兹，数据储存于硬盘待分析。错误反应及混有眼动的脑电事件被去除。每个导联及每种状态的ERP被分别叠加，叠加的时间区段为1700ms，自S1前200ms至S2后1000ms，并取S1前200ms作基线。我们应用单因素方差分析处理数据比较不同概率下ERP的波幅改变。
, 百拇医药
结 果
随着S2的呈现，在枕颞区记录到顺序出现的峰值为P90(P1)，N150(N1)的波，广泛脑区记录到P300，且P90，N150，及P300在匹配与非匹配的刺激对中无差别的出现(图1)，而在非匹配的刺激对(S2不同于S1)中，S2出现后的约270毫秒可记录到一显著的负波(N270)(图1)，分布广泛，在头皮各电极部位均可记录到，且左右头部无区别，此负波在匹配的刺激对中不出现。
图1 等概率刺激时，匹配的刺激对与不匹配(冲突)的刺激对诱发出一事件相关电位。在F4，O2电极部位记录
图2 F4部位记录的非匹配(冲突)刺激对诱发的事件相关电位。
, 百拇医药
三种概率下非匹配刺激对诱发的事件相关电位的波幅不同(图2)：在S2出现后的170～240毫秒(P200)的时间窗中，大概率，等概率，小概率事件诱发的平均波幅有显著性差异(P<0.05)，随着概率的降低，波幅增大(前头部明显)。在242～300毫秒(峰值N270)，三种概率情况下任何二种之间的波幅均未达到显著性差异(表1)。在302～600毫秒(P300)的时间窗中，三种概率诱发ERP平均波幅差异具有显著性(P<0.05)，且随概率的降低波幅升高(表1)。
表1 不同概率下诱发的事件相关电位的平均
波幅及标准差(
±s) 时间
窗(ms)
电极
部位
, http://www.100md.com
大概率(85%)
等概率(50%)
小概率(15%)
110-168
F3
-0.37±1.95
0.14±2.97
0.32±1.72
F4
-0.62±2.60
0.56±2.98
-0.03±1.16
, http://www.100md.com
P3
-4.86±3.00
-4.21±4.19
-3.19±3.03
P4
-5.21±2.89
-3.85±4.15
-3.07±3.20#
170-240
F3
1.06±2.48
2.59±3.68△
, http://www.100md.com
3.92±2.59#
F4
0.48±2.72
2.35±3.14△
3.83±3.41*#
P3
-1.56±3.25
-1.57±3.27
-0.56±4.23
P4
-2.23±3.35
, http://www.100md.com
-2.14±3.48
-1.36±4.34
242-300
F3
0.39±2.62
1.45±3.24
0.75±2.69
F4
0.04±3.24
0.86±2.71
0.24±3.19
P3
, http://www.100md.com
-0.87±3.80
-0.58±3.42
-1.21±4.50
P4
-1.20±4.14
-0.29±3.67
-1.38±3.83
302-600
F3
3.15±3.48
4.94±4.89△
7.51±4.39*#
, 百拇医药
F4
4.19±3.78
6.18±4.24△
8.19±3.72*#
P3
2.46±5.15
5.35±4.92△
9.24±5.60*#
P4
1.76±6.13
5.10±5.28△
, 百拇医药
8.12±5.70*#
△等概率与大概率事件之间显著性差异(P<0.05) #小概率与大概率事件之间有显著性差异(P<0.05) *小概率与等概率事件之间有显著性差异(P<0.05)讨 论
事件相关电位，是一种高时间分辨率的技术，近年来与机能性磁共振成像(fMRI)及正电子断层扫描(PET)协同用于认知神经科学的研究，已取得可喜的成就。在我们前期的研究中发现非匹配的数字事件可诱发出N270[3]，而匹配的事件却不能诱发出该负波，由此反映了脑在处理冲突信息时调用和启动了一个不同于处理非冲突信息系统，该系统发挥着筛查新异信息的作用，不至于使神经系统失去对有价值信息处理的机会。本项研究中我们发现，非匹配的颜色事件可诱发出N270，由此说明N270并不是刺激的物理属性差异所致，它反映了一种心理冲突参与的脑冲突信息处理过程，并且可能有不只一个脑区参与这一系统的功能。
, http://www.100md.com
在事件相关电位，P2及P3的振幅随概率的降低而升高，本研究的发现与前人的结果相符[5]。本试验中大概率、 等概率、 小概率事件诱发的N270波幅无显著性差异，即该成分不受概率的影响，因此，它不同于N2b。N2b是在刺激特征相关的情况下诱发出来[6]，且受概率的影响[4]。N270亦不同于N400，因N400的是词的形、 音、 义不匹配情况下诱发出来，这在以前的研究中已有定论[7，8]。由此可见N270不同于先前已知的事件相关电位成分，它只在不匹配的刺激对中诱发出来，并不出现在匹配的刺激对中，这对于认知及记忆的研究提供了一种新方法，将会对临床工作提供有意义的指标，如对痴呆的早期诊断等。同时N270的诸多属性尚在进一步的探索中。
结 论
本试验显示脑内存在一专门的系统来处理冲突信息，N270是反映该系统活动的事件相关电位成分，N270振幅不受刺激概率的影响。N270是不同于N2b及N400的一个新的事件相关电位成分。
, 百拇医药
参考文献
1，Botvinik M,Nystrom LE,Fissell K et al.Conflict monitoring versus seletion-for-action in anterior cingulate cortex.Nature,1999,402∶179～181.
2，Carter CS,Macdonald AM,Botvinik M et al.Parsing executive processes:strategic vs.Evaluative functions of the anterior cingulate cortex.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 2000,97,∶1944～1948.
3，Kong J,Wang YP,Zhang WT et al.Event-related brain potentials elicited by a unmber discrimination task.Neuroreport 2000,11,in press.
, 百拇医药
4，Deacon D,Breton F,Ritter W et al.The relationship between N2 and N400:scalp distribution,stimulus probability,and task relevance.Psychophysiology 1991,28∶185～200.
5，Polics J.P300,Probability,and iterstimulus interval.Psychophysiology 1990,27∶396～403.
6，Smid HGOM,Jakob A and Heinze HJ.An event-related brain potential study of visual selective attention to conjunctions of color and shape.Psychophysiology 1999,36∶264～279.
7，Kutas M and Hillyard SA.Reading senseless sentences:brain potentials reflect semantic incongruity.Science 1980,207,∶203～205.
8，Rugg MD.Event-telated potentials in phonological matching tasks.Brain and Language 1984,23∶255～240.
收稿日期：2000-05-10, 百拇医药
单位：崔莉莉(北京市宣武医院神经内科 100053)；王玉平(北京市宣武医院神经内科 100053)；王惠军(北京市宣武医院神经内科 100053)；田书娟(北京市宣武医院神经内科 100053)；王德泉(北京市宣武医院神经内科 100053)；崔莉莉(武警总医院神经内科)
关键词：事件相关电位；冲突信息；概率
脑与神经疾病杂志000506
摘 要 目的：研究刺激概率对颜色冲突信息诱发的事件相关电位N270的影响。方法：将四种颜色随机组合的刺激对分为三组：一组，在该组刺激中颜色相同的刺激对与不同的刺激对各占50%的概率；二组颜色不同的占85%，相同的占15%的概率；三组颜色不同的概率占15%，相同的占85%。受试者的任务：辨别前后呈现的两个刺激(第一个刺激S1，第二个刺激S2)颜色是否相同。结果：在颜色冲突(两个刺激颜色不同)事件中，S2刺激可诱发出一显著的事件相关电位负波(N270)，该负波并不出现在非冲突事件中，且N270的振幅不受概率的影响。结论：N270是反映脑内特定冲突信息探知系统的神经电活动指标，与N2b不同，不受刺激概率的影响。
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The effects of probabilities on event-related potential N270
Cui Lili,Wang Yuping,Wang Huijun,et al.
(Department of Neurology,Xuanwu Hospital,Capitla University of Medical Sciences,Beijing 100053)
Abstract Objective To observe the changes of event-related potential in different probability of conflicting information.Methods:Subjects were instructed to discriminate if the two stimulus spots presented in sequence on screen were of the same color.The stimulus pairs were divided into three groups:1,The matched and non-matched stimulus pairs were of the same probability,50% respectively.2,The probability of non-matched color pairs was 85% but the other was 15%.3,The probability of non-matched color stimulus pairs was 15%,but the other was 85%.Result:A remarkable negativity(N270) was recorded from all scalp electrodes in the conflicting stimulus pairs (non-matched) rather than the matching stimulus pairs.N270 amplitude was not influenced by the probability of the stimulus pairs.Conclusion:There exists a specific system to process the conflicting information in the brain.
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Key words Event-related potential Conflicting information Probability
近来的研究显示脑内存在一冲突监测系统，它能探知信息处理中的冲突发生，且功能影像学方法显示此系统涉及到前扣带回等区域[1，2]。在我们前期的研究中，发现非匹配的作业任务可诱发出一事件相关电位(ERP)N270成分，它反映了大脑皮层对冲突信息处理过程[3]。N2b是另一种事件相关的负波，主要反映大脑对刺激特征的分辨过程，N2b容易受刺激概率的影响[4]。由于N270与N2b处在同一时间窗内，如何将它们分开是非常重要的。所以在此试验中应用事件相关电位的方法，我们想观察N270是否受刺激概率的影响，以使其与N2b进一步区分开。
资 料 与 方 法
受试者有13人，男7人，女6人，年龄21～29岁。家族中无精神病或神经病史。所有受试者均达大学文化水平，且视力正常或校正至正常。
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刺激为呈现在屏幕上的直径2.2cm的彩色光点，由4种颜色随机组成。先后呈现的两个刺激构成一对刺激。每一刺激对中每一个刺激(SI)的起始点与第二个刺激(S2)的起始点间隔500毫秒，持续时间分别为300毫秒。每个刺激的平均视角校正至10°。每对刺激间隔时间为5秒。刺激对分为三组：第一组S1与S2颜色相同的与不同的分别占50%的概率；第二组S1与S2颜色不同的占85%，相同的占15%概率；第三组S1与S2颜色不同的占15%，相同的占85%概率。每组试验分别进行，相同与不同的刺激对随机出现。
电极安装完毕，受试者坐于屏蔽室内一张舒适的椅子上，两眼注视屏幕中心的一点，眼睛距屏幕中心1米。受试者的任务为辨别前后出现的两个刺激颜色是否相同，相同时左手按键盒的一个键，不同时右手按键盒的另一个键，要求一旦识别即尽快按键。每位受试者在实验中左右手反应平衡。10次练习后，刺激事件顺序呈现。
ERPs自头皮20个电极部位记录(FP1，FP2，F7，F8，F3，F4，FZ，T3，T4，T5，T6，C3，C4，CZ，P3，P4，PZ，O1，O2，OZ)。双耳联合电极为参考电极(国际标准10/20系统)。用银/氯化银电极，电极皮肤阻抗在5KΩ以下。水平眼动监测电极位于双外呲外2cm，垂直眼动由左眼眶上下处记录。信号由放大器放大，滤波0.05～100Hz，采样频率为500赫兹，数据储存于硬盘待分析。错误反应及混有眼动的脑电事件被去除。每个导联及每种状态的ERP被分别叠加，叠加的时间区段为1700ms，自S1前200ms至S2后1000ms，并取S1前200ms作基线。我们应用单因素方差分析处理数据比较不同概率下ERP的波幅改变。
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结 果
随着S2的呈现，在枕颞区记录到顺序出现的峰值为P90(P1)，N150(N1)的波，广泛脑区记录到P300，且P90，N150，及P300在匹配与非匹配的刺激对中无差别的出现(图1)，而在非匹配的刺激对(S2不同于S1)中，S2出现后的约270毫秒可记录到一显著的负波(N270)(图1)，分布广泛，在头皮各电极部位均可记录到，且左右头部无区别，此负波在匹配的刺激对中不出现。
图1 等概率刺激时，匹配的刺激对与不匹配(冲突)的刺激对诱发出一事件相关电位。在F4，O2电极部位记录
图2 F4部位记录的非匹配(冲突)刺激对诱发的事件相关电位。
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三种概率下非匹配刺激对诱发的事件相关电位的波幅不同(图2)：在S2出现后的170～240毫秒(P200)的时间窗中，大概率，等概率，小概率事件诱发的平均波幅有显著性差异(P<0.05)，随着概率的降低，波幅增大(前头部明显)。在242～300毫秒(峰值N270)，三种概率情况下任何二种之间的波幅均未达到显著性差异(表1)。在302～600毫秒(P300)的时间窗中，三种概率诱发ERP平均波幅差异具有显著性(P<0.05)，且随概率的降低波幅升高(表1)。
表1 不同概率下诱发的事件相关电位的平均
波幅及标准差(
±s) 时间窗(ms)
电极
部位
, http://www.100md.com
大概率(85%)
等概率(50%)
小概率(15%)
110-168
F3
-0.37±1.95
0.14±2.97
0.32±1.72
F4
-0.62±2.60
0.56±2.98
-0.03±1.16
, http://www.100md.com
P3
-4.86±3.00
-4.21±4.19
-3.19±3.03
P4
-5.21±2.89
-3.85±4.15
-3.07±3.20#
170-240
F3
1.06±2.48
2.59±3.68△
, http://www.100md.com
3.92±2.59#
F4
0.48±2.72
2.35±3.14△
3.83±3.41*#
P3
-1.56±3.25
-1.57±3.27
-0.56±4.23
P4
-2.23±3.35
, http://www.100md.com
-2.14±3.48
-1.36±4.34
242-300
F3
0.39±2.62
1.45±3.24
0.75±2.69
F4
0.04±3.24
0.86±2.71
0.24±3.19
P3
, http://www.100md.com
-0.87±3.80
-0.58±3.42
-1.21±4.50
P4
-1.20±4.14
-0.29±3.67
-1.38±3.83
302-600
F3
3.15±3.48
4.94±4.89△
7.51±4.39*#
, 百拇医药
F4
4.19±3.78
6.18±4.24△
8.19±3.72*#
P3
2.46±5.15
5.35±4.92△
9.24±5.60*#
P4
1.76±6.13
5.10±5.28△
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8.12±5.70*#
△等概率与大概率事件之间显著性差异(P<0.05) #小概率与大概率事件之间有显著性差异(P<0.05) *小概率与等概率事件之间有显著性差异(P<0.05)讨 论
事件相关电位，是一种高时间分辨率的技术，近年来与机能性磁共振成像(fMRI)及正电子断层扫描(PET)协同用于认知神经科学的研究，已取得可喜的成就。在我们前期的研究中发现非匹配的数字事件可诱发出N270[3]，而匹配的事件却不能诱发出该负波，由此反映了脑在处理冲突信息时调用和启动了一个不同于处理非冲突信息系统，该系统发挥着筛查新异信息的作用，不至于使神经系统失去对有价值信息处理的机会。本项研究中我们发现，非匹配的颜色事件可诱发出N270，由此说明N270并不是刺激的物理属性差异所致，它反映了一种心理冲突参与的脑冲突信息处理过程，并且可能有不只一个脑区参与这一系统的功能。
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在事件相关电位，P2及P3的振幅随概率的降低而升高，本研究的发现与前人的结果相符[5]。本试验中大概率、 等概率、 小概率事件诱发的N270波幅无显著性差异，即该成分不受概率的影响，因此，它不同于N2b。N2b是在刺激特征相关的情况下诱发出来[6]，且受概率的影响[4]。N270亦不同于N400，因N400的是词的形、 音、 义不匹配情况下诱发出来，这在以前的研究中已有定论[7，8]。由此可见N270不同于先前已知的事件相关电位成分，它只在不匹配的刺激对中诱发出来，并不出现在匹配的刺激对中，这对于认知及记忆的研究提供了一种新方法，将会对临床工作提供有意义的指标，如对痴呆的早期诊断等。同时N270的诸多属性尚在进一步的探索中。
结 论
本试验显示脑内存在一专门的系统来处理冲突信息，N270是反映该系统活动的事件相关电位成分，N270振幅不受刺激概率的影响。N270是不同于N2b及N400的一个新的事件相关电位成分。
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参考文献
1，Botvinik M,Nystrom LE,Fissell K et al.Conflict monitoring versus seletion-for-action in anterior cingulate cortex.Nature,1999,402∶179～181.
2，Carter CS,Macdonald AM,Botvinik M et al.Parsing executive processes:strategic vs.Evaluative functions of the anterior cingulate cortex.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 2000,97,∶1944～1948.
3，Kong J,Wang YP,Zhang WT et al.Event-related brain potentials elicited by a unmber discrimination task.Neuroreport 2000,11,in press.
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4，Deacon D,Breton F,Ritter W et al.The relationship between N2 and N400:scalp distribution,stimulus probability,and task relevance.Psychophysiology 1991,28∶185～200.
5，Polics J.P300,Probability,and iterstimulus interval.Psychophysiology 1990,27∶396～403.
6，Smid HGOM,Jakob A and Heinze HJ.An event-related brain potential study of visual selective attention to conjunctions of color and shape.Psychophysiology 1999,36∶264～279.
7，Kutas M and Hillyard SA.Reading senseless sentences:brain potentials reflect semantic incongruity.Science 1980,207,∶203～205.
8，Rugg MD.Event-telated potentials in phonological matching tasks.Brain and Language 1984,23∶255～240.
收稿日期：2000-05-10, 百拇医药