正常人藍(lán)/黃顏色刺激事件相關(guān)電位的探討

曹強(qiáng)強(qiáng)，李倩倩，陳溪萍

（蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，江蘇蘇州215123）

色覺是由不同波長的各種可見光首先作用于視網(wǎng)膜上對(duì)紅、綠和藍(lán)色敏感的三種視錐細(xì)胞感受器，并經(jīng)其將色覺信號(hào)轉(zhuǎn)換為電化學(xué)信號(hào)，再經(jīng)過視覺系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的層層投射、編碼及處理，最后在大腦視覺中樞所形成的一種主觀感覺[1]。色覺功能也是視功能的重要組成部分。目前臨床上多使用假同色圖測驗(yàn)、色相排列測驗(yàn)和色盲鏡等心理物理學(xué)方法。上述方法都屬于主觀檢查法，依賴被試者的配合。而在法醫(yī)臨床學(xué)鑒定中被鑒定人可能偽裝或夸大其色覺受損的程度，使上述色覺主觀檢查法在法醫(yī)學(xué)鑒定中受到一定程度的限制。因此，探索客觀評(píng)定色覺功能的新型檢查手段成為法醫(yī)臨床學(xué)的重要課題之一。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

蘇州大學(xué)身體健康的在校大學(xué)生20名 （40只眼），男、女各10名，平均年齡22歲，所有受試者均為右利手，采用俞自萍第五版《色盲檢查圖》[2]檢查，色覺均正常。

1.2 儀器與設(shè)備

采用美國Neuroscan系統(tǒng)32導(dǎo)認(rèn)知事件相關(guān)電位記錄儀，該系統(tǒng)分為三部分：刺激器、放大器和多導(dǎo)采樣器。

1.3 刺激與實(shí)驗(yàn)程序

被試者距離刺激屏1m，要求受試者注視刺激屏中央。每個(gè)受試者遮擋一眼，左、右眼輪流接受刺激。刺激圖形為白色（視角=3.5°×3.5°）（a）、藍(lán)色（b）及黃色（c）三種圓形刺激圖片（如圖1），共呈現(xiàn)280次，其中（a）為標(biāo)準(zhǔn)刺激，共呈現(xiàn)196次（占70%）；（b）、（c）為靶刺激，分別呈現(xiàn)42次（均占15%）。三種刺激圖片隨機(jī)呈現(xiàn)在屏幕上，看到（b）圖片立刻用左手大拇指按鼠標(biāo)左鍵，看到（c）圖片立刻用右手大拇指按鼠標(biāo)右鍵。對(duì)按鍵的要求是既快又準(zhǔn)確。刺激呈現(xiàn)時(shí)間（Duration）為100ms，刺激間隔時(shí)間為1 000ms。

圖1 實(shí)驗(yàn)中的刺激圖形：（a）標(biāo)準(zhǔn)刺激，（b）藍(lán)色靶刺激，（c）黃色靶刺激

1.4 腦電記錄和分析

1.4.1 腦電記錄

根據(jù)國際10-20腦電記錄系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，采用Neuroscan4.3系統(tǒng)以30個(gè)電極同步記錄腦電反應(yīng)，同時(shí)記錄水平和垂直眼動(dòng)電位（EOG），以左、右兩耳乳突的平均電位為參考。中央前額為接地電極（GND）。所有電極阻抗均小于5kΩ。腦電記錄的采樣頻率為1 000Hz，放大器的帶通頻率為100Hz。腦電平均后的ERP再經(jīng)過一次24～30Hz的帶通濾波。使用刺激前200ms的平均數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正。EEG分析時(shí)程定位從刺激呈現(xiàn)前200ms到呈現(xiàn)后600ms。

1.4.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

行為數(shù)據(jù)和ERP數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件多因素方差分析進(jìn)行受試者間統(tǒng)計(jì)分析。行為數(shù)據(jù)只有一個(gè)分析因素顏色（藍(lán)色或黃色）。事件相關(guān)電位（Eventrelated potentials，ERP）數(shù)據(jù)采用了三因素方差分析，分別分析了ERP早期成分N1、P2和晚期成分N2、P3的峰振幅及峰潛伏期 （分別從F3、Fz、F4、C3、Cz、C4、P3、Pz、P4電極測量）。三因素分別為：不同顏色（藍(lán)色或黃色），大腦半球（左、右雙側(cè)大腦半球）和電極位置（F3、Fz、F4、C3、Cz、C4、P3、Pz、P4）。

2 結(jié)果

2.1 行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果

藍(lán)/黃兩種顏色刺激反應(yīng)正確率沒有顯著差異（黃色93.38%，藍(lán)色92.74%，P＞0.05）。

2.2 ERP實(shí)驗(yàn)結(jié)果

藍(lán)/黃色刺激誘發(fā)出明顯不同的ERP成分，N1（100～180ms）分布較廣泛，P2（180～220ms）主要分布在前額腦區(qū)，與黃色靶刺激相比，藍(lán)色靶刺激時(shí)N1和P2潛伏期明顯延長，振幅顯著降低。N2（240～290ms）和P3（320～400ms）分布較廣泛，N2和P3在黃色靶刺激時(shí)其潛伏期明顯縮短，振幅顯著增大。

2.2.1 藍(lán)/黃顏色ERP早期成分的潛伏期與振幅

N1成分及P2成分（F3、Fz、F4、C3、Cz、C4、P3、Pz、P4電極）峰潛伏期和振幅的均值與標(biāo)準(zhǔn)誤見表1。

表1 藍(lán)/黃顏色靶刺激N1成分的潛伏期（ms）和振幅（μV）

對(duì)ERP早期N1和P2成分行方差分析，結(jié)果顯示：黃色靶刺激引起N1振幅明顯大于藍(lán)色靶刺激引起N1振幅，兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F（1，19）=15.624，P＜0.001）；同時(shí)，N1振幅電極位置主作用顯著，其頭皮分布的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F（1，19）=52.125，P﹤0.001）。

早期P2成分振幅電極位置效應(yīng)明顯（F（1，19）= 96.802，P﹤0.001），在前額腦區(qū)振幅最大；此外，P2振幅的顏色×電極交互作用顯著（F（1，19）=46.283，P﹤0.001），進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，右大腦半球較左大腦半球廣泛腦區(qū)相應(yīng)的P2振幅大很多，且在右前額腦區(qū)更為顯著；另外，黃色靶刺激較藍(lán)色引出的P2振幅大得多，使P2振幅的顏色主效應(yīng)顯示出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F（1，19）=30.264，P﹤0.001）。與此同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)廣泛腦區(qū)ERP早期N1和P2成分潛伏期的顏色主作用顯著（N1：F（1，19）=24.458，P﹤0.001；P2：F（1，19）=3.534，P﹤0.05），提示黃色靶刺激引出的N1和P2潛伏期較藍(lán)色靶刺激引出的相應(yīng)成分潛伏期明顯縮短。

表2 藍(lán)/黃顏色靶刺激P2成分的潛伏期（ms）和振幅（μV）

2.2.2 藍(lán)/黃顏色刺ERP晚期成分的潛伏期與振幅

N2成分及P3成分（F3、Fz、F4、C3、Cz、C4、P3、Pz、P4電極）峰潛伏期和振幅的均值與標(biāo)準(zhǔn)誤見表3。

N2振幅的顏色主效應(yīng)顯著，提示黃色靶刺激在廣泛腦區(qū)引起的N2振幅明顯大于藍(lán)色靶刺激引起的N2振幅（F（1，19）=14.26，P﹤0.001）；同時(shí)，N2振幅的電極位置主作用顯著（F（1，19）=40.28，P﹤0.001），提示N2在頭皮分布存在差異。

表3 藍(lán)/黃顏色靶刺激N2成分的潛伏期（ms）和振幅（μV）

P3振幅電極位置的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F（1，19）= 90.246，P﹤0.001），進(jìn)一步分析顯示P3在頂部腦區(qū)振幅最大；此外，P3振幅的顏色×電極交互作用顯著（F（1，19）=34.134，P﹤0.001），進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，左大腦半球較右大腦半球廣泛腦區(qū)相應(yīng)的P3振幅大很多且在左頂部腦區(qū)更為顯著；另外，黃色比藍(lán)色靶刺激引出的P3振幅大很多，使P3振幅的顏色主效應(yīng)顯示出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F（1，19）=46.538，P﹤0.001）；與此同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)廣泛腦區(qū)N2和P3潛伏期的顏色主效應(yīng)顯著（N2：F（1，19）=30.246，P﹤0.001；P3：F（1，19）=12.824，P﹤0.05），提示黃色靶刺激較藍(lán)色靶刺激引出的N2和P3潛伏期明顯縮短。

表4 藍(lán)/黃顏色靶刺激P3成分的潛伏期（ms）和振幅（μV）

3 討論

有關(guān)色覺ERP的研究[3-4]表明：顏色刺激可引發(fā)一增強(qiáng)的前額選擇性正波，特異性地反映大腦對(duì)顏色信息的加工認(rèn)知過程。本研究同樣誘發(fā)出一P2正成分，且P2從前額到頂部腦區(qū)振幅逐漸減小，此結(jié)果與以往研究報(bào)道基本一致[5]。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)右前額腦區(qū)P2振幅偏大。Weinberger[6]等認(rèn)為人類右額葉的體積比左額葉大，我們推測左、右額葉解剖的不對(duì)稱性正是造成P2右前額優(yōu)勢效應(yīng)的生理學(xué)基礎(chǔ)。

另外，晚期成分N2和P3表現(xiàn)出黃色靶刺激的振幅增強(qiáng)效應(yīng)，此結(jié)果可能與受試者對(duì)靶刺激的辨別加工有關(guān)。P3主要分布在頂部等較高級(jí)腦皮層并且左半球優(yōu)勢明顯，支持左半球更多地參與了物體特征識(shí)別過程的假說[7]，同時(shí)可能也反映了實(shí)驗(yàn)中的一些較高級(jí)的認(rèn)知過程[8]。

通過對(duì)黃/藍(lán)兩種顏色ERP早期成分N1和P2潛伏期的比較，我們發(fā)現(xiàn)黃色較藍(lán)色靶刺激引起的N1和P2潛伏期明顯縮短，表現(xiàn)出黃色的優(yōu)勢效應(yīng)，且此優(yōu)勢效應(yīng)延續(xù)至ERP的N2和P3等晚期成分。我們推測黃色優(yōu)勢效應(yīng)可能與視網(wǎng)膜視錐細(xì)胞數(shù)量不同、顏色信息復(fù)雜的解剖傳導(dǎo)通路有關(guān)。人類視網(wǎng)膜上存在三種數(shù)量不同的分別對(duì)紅、綠、藍(lán)可見光敏感的視錐細(xì)胞，Kremers等[9-10]發(fā)現(xiàn)對(duì)紅、綠光敏感的錐細(xì)胞比例大致為4∶1。而對(duì)藍(lán)光敏感的錐細(xì)胞更少，僅占錐細(xì)胞總數(shù)5%-10%[11]。視網(wǎng)膜上沒有專門接受黃色信號(hào)的視錐細(xì)胞，但黃色信號(hào)可通過紅敏和綠敏視錐細(xì)胞共同作用將信號(hào)輸入至小雙紋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，從而建立黃色的信號(hào)傳導(dǎo)通路。因此我們推測可能由于藍(lán)敏錐細(xì)胞較少，紅敏和綠敏錐細(xì)胞較多，小雙紋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞接受來自藍(lán)敏錐細(xì)胞的信號(hào)更少，故表現(xiàn)出黃色優(yōu)勢效應(yīng)。

本研究因受客觀條件的限制，僅選用了色覺功能正常的受試者，同時(shí)僅采用藍(lán)/黃色分別刺激正常受試者來同步記錄分離兩種顏色所產(chǎn)生特定ERP反應(yīng)，以探討大腦對(duì)顏色信息加工處理在電生理學(xué)方面的差異。因此，本研究僅僅是一個(gè)開始，下一步可考慮將出現(xiàn)不同程度顏色識(shí)別功能障礙的各種先天性色盲患者、許多眼科疾病導(dǎo)致后天性色覺異?；颊咄瑫r(shí)納入實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，精細(xì)比較其與正常受試者ERP各成分潛伏期及振幅的差異，尋求可能具有特異性應(yīng)用價(jià)值的ERP成分。由于具有顏色分辨能力的視錐細(xì)胞主要位于視網(wǎng)膜黃斑部，故當(dāng)損傷及黃斑病變等疾病影響到大腦內(nèi)特定色覺區(qū)域功能導(dǎo)致被鑒定人出現(xiàn)對(duì)應(yīng)顏色辨別功能障礙，而同時(shí)常規(guī)色覺主觀檢查方法難以準(zhǔn)確地對(duì)其功能障礙進(jìn)行評(píng)估與定位時(shí)，若輔以色覺ERP電生理學(xué)客觀檢查，有望為法醫(yī)臨床鑒定案例中色覺功能損傷程度及其顱內(nèi)解剖學(xué)定位提供有價(jià)值參考信息。

相信隨著更新、更精細(xì)的時(shí)間及空間分辨技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，色覺ERP電生理學(xué)研究在未來色覺障礙臨床早期篩查、監(jiān)測及診斷等方面將凸顯更大研究前景和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也必將為法醫(yī)臨床鑒定中有關(guān)色覺功能及腦功能客觀評(píng)定提供新的思路和方法。

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