事件相關電位的研究進展及其法醫(yī)學應用價值

關楠思，劉技輝，張馨元，王莞，譚嘉寧，彭博

（中國醫(yī)科大學法醫(yī)學院，遼寧沈陽 110001）

事件相關電位的研究進展及其法醫(yī)學應用價值

關楠思，劉技輝，張馨元，王莞，譚嘉寧，彭博

（中國醫(yī)科大學法醫(yī)學院，遼寧沈陽 110001）

事件相關電位（event-related potential，ERP）是從神經(jīng)電生理層面客觀分析和研究人體心理活動的最有效方法之一。目前主要用于測謊等研究，在臨床上，還用于腦血管疾病、癡呆、創(chuàng)傷性腦損傷患者認知能力評估以及精神心理疾病的輔助診斷。隨著ERP檢測技術的進一步發(fā)展，在法醫(yī)學領域必將具有更為廣泛的應用前景。

法醫(yī)學；事件相關電位；綜述[文件類型]

如何客觀評價人的高級心理活動一直是當代神經(jīng)科學領域研究的難題之一。神經(jīng)電生理學技術的發(fā)展，為客觀研究人的高級心理活動提供了新的途徑，其中事件相關電位（event-related potential，ERP）被認為是最為有效的方法之一。

1 ERP概述

ERP是一種特殊的腦誘發(fā)電位，1965年由Sutton 等[1]首先明確提出，ERP是指大腦對刺激信息進行加工過程中所記錄到與特定刺激相關的電位。經(jīng)典的ERP主要成分包括P1、N1、P2、N2、P3，其中前三種成分被稱為外源性成分，后兩種成分被稱為內源性成分，這些成分不僅可以反映人的生理活動，也可以反映人的心理活動。此外，根據(jù)潛伏期的長短將ERP分為早期成分和晚期成分。根據(jù)特定刺激任務與方式及ERP的特征，將特定刺激的ERP反應波命名為失匹配負波（mismatch negativity，MMN）、關聯(lián)性負變（contingent negative variation，CNV）、運動準備電位等。MMN是在刺激被注意時，刺激本身特性偏離標準刺激時而被引出的波形，反映大腦對刺激的物理特征的認知加工。CNV又稱期待波，是由相連的兩個刺激而引發(fā)的負相慢電位，反映了心理期待狀態(tài)。

P3是目前最受關注的ERP內源性晚期成分，與人腦的認知功能密切相關。所謂的P3（P300），是指潛伏期在300 ms左右，由稀少的任務相關刺激所誘發(fā)的正相電位。但隨著不同任務誘發(fā)類似P3成分不斷地被發(fā)現(xiàn)，P3目前已發(fā)展為一個家族，包括P3a、P3b和Nogo-P3等。

N2是另一個重要的ERP內源性成分，是在P3前出現(xiàn)的一個潛伏期在200～300 ms的較大負波，或者說是第一個負成分之后的第二個負波。N2至少包括N2a和N2b子成分，N2a實際上就是反映人腦對信息自動加工的MMN，而N2b則與靶刺激的識別有關。不同腦區(qū)域、不同作業(yè)任務、不同通道，N2具有不同的表現(xiàn)和意義。

與語言理解相關的ERP成分包括N400、詞匯加工負波（lexical processing negativity，LPN）、句法加工正波（syntactic positive shift，SPS，即P600）和句尾加工負波（clause-ending negativity，CEN）等。N400與語言加工有關，是執(zhí)行語言操作任務時所引發(fā)的負相電位，反映語義的相關程度。LPN和P600則被認為與違反句法有關，LPN的潛伏期與詞的出現(xiàn)頻率相關。

不同認知領域的ERP波形特征不全一致，不同刺激模式，比如聽覺和視覺刺激，不同腦區(qū)域之間的ERP波形都存在差異。比如Oddball（OB）實驗范式可以誘發(fā)經(jīng)典P3成分，即設計兩種刺激，其中一種是小概率偏差刺激（靶刺激），要求被試對靶刺激進行按鍵或計數(shù)。大腦可以在無意識情況下自動覺察刺激變化，MMN即為這種自動化加工的重要指標，通常MMN用小概率聽覺刺激誘發(fā)的ERP減去大概率聽覺刺激誘發(fā)的ERP。典型“S1-S2”實驗范式可誘發(fā)CNV，即先呈現(xiàn)一個警告刺激（S1），要求被試進行任務準備，經(jīng)過一段時間間隔（如1 500 ms）給出命令刺激（S2），要求被試對該刺激盡快作出任務反應，在S1和S2之間產(chǎn)生的負向電位偏移就是CNV。對原始腦電圖（electroencephalogram，EEG）波形的離線分析，是ERP研究中另一個重要的步驟。通常要經(jīng)過合并行為數(shù)據(jù)、偽跡剔除矯正、數(shù)字濾波、分段、基線校正、疊加平均以及對波形成分的識別、測量、統(tǒng)計分析等一系列環(huán)節(jié)。

2 ERP的法醫(yī)學應用

在法醫(yī)學領域中，ERP技術的應用研究得到了長足發(fā)展。其中，ERP的P3成分在測謊中已被廣泛應用，其更直接準確的檢測結果使傳統(tǒng)測謊儀（polygraph）相形見絀，將測謊技術提高到了神經(jīng)電生理層面。鑒于ERP對認知功能障礙的客觀反映，可以確認腦外傷者是否遺留有腦功能或精神障礙，還可以評估遺留功能障礙者的嚴重程度。

2.1 P3用于測謊

最早將ERP的P3成分用于測謊研究的是Rosenfeld等[2-4]，其研究發(fā)現(xiàn)，包含有曾接觸過的物品以及曾經(jīng)歷過或有密切關系的事情相關信息的刺激可以有效引發(fā)相對更明顯的P3波形，這為ERP技術可用于測謊提供了佐證。通常，基于P3的測謊試驗多采用隱瞞信息測試（concealed information test，CIT）范式，其基礎源于經(jīng)典的OB序列和犯罪知情測試（guilty knowledge test，GKT）范式。實驗中，刺激被分為3類：靶刺激、探測刺激和無關刺激。靶刺激和探測刺激出現(xiàn)的次數(shù)都相對較少（各占15%），前者的作用在于成功誘發(fā)出顯著P3波，后者用于測謊。其原理是對于犯罪信息知情被試，探測刺激等同于靶刺激，可以誘發(fā)出顯著的P3波，而對于沒有接觸犯罪信息的無辜被試，探測刺激則等同于無關刺激。無關刺激出現(xiàn)次數(shù)相對較多（占70%），是大概率的背景刺激，目的在于構建可用來對比的基礎參照，一般不誘發(fā)顯著的P3波。

最初的ERP測謊技術不像傳統(tǒng)測謊儀一樣受到反測謊干擾策略的影響，但隨著研究的深入，ERP測謊也受到一些因素的制約。2006年Rosenfeld等[5]發(fā)現(xiàn)對于個人信息ERP的敏感性較高，但對于臨時學習的信息ERP的鑒別率僅維持在隨機水平，也就是說只有被試熟悉的信息才能保證P3的鑒別率。而反測謊干擾策略的使用對ERP測謊也有一定的影響，一方面增加了無關刺激時P3的顯著程度，另一方面降低了探查刺激時P3的顯著程度，明顯減弱了兩者之間的差異。Rosenfeld等[6-7]研究發(fā)現(xiàn)，當被試被要求使用例如進行動作或聯(lián)想的干擾策略時，P3測謊的陽性率大幅降低，這就促使了如何制衡反測謊干擾策略的深入研究。2008年Rosenfeld等[8]的實驗結果顯示，如果采用復合反應模式（complex trial protocol，CTP）的實驗方法，即對刺激作出兩種不同類型的反應，可有效降低干擾策略對P3測謊陽性率的影響。也有研究[9]發(fā)現(xiàn)說謊是否出于本意，即自愿說謊還是被迫說謊，ERP的波形是有一定差異的。Meixner等[10]指出，干擾策略的使用相對于不使用，P3的波幅會明顯增強。而Rosenfeld等[11]則報道，干預策略的使用在Fz 和Cz點會引發(fā)出一個潛伏期為900ms的新ERP波。此外，Matsuda等[12-13]指出將ERP波形和同步的自主神經(jīng)活動情況相結合可以提高測謊鑒別的性能。

2.2 N400用于測謊

由于N400與語言加工相關，N400成分也可應用于測謊。其用于測謊的關鍵在于被試所閱讀句子的語義和句子的真實程度之間的關系，錯誤而不是真實的陳述句可以誘發(fā)出N400。近年來的研究[14]發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)包含同樣與實驗設計相關的犯罪信息的句子和詞語，對于犯罪信息知情的被試而言，可以辨別出其中錯誤所在；而對于無辜被試，由于沒有接觸相關犯罪信息，所以不能識別其中所包含的錯誤，而只能當成正常的詞句來理解。另有研究[15]發(fā)現(xiàn)，N400在誠實和欺騙條件下均可被引出，但欺騙條件下的波幅更加明顯。

2.3 CNV用于測謊

CNV產(chǎn)生于刺激之后的1 000～1 500 ms，反映意向、期待、努力程度、動機等大腦活動過程，當被試說謊時CNV更明顯[16]。這可能是因為在欺騙過程中，CNV與欺騙反應準備、產(chǎn)生欺騙意向過程有一定關系[17]。但由于CNV會隨著刺激通道、任務參數(shù)和反應要求的不同發(fā)生整體改變，在穩(wěn)定性上明顯低于P3。

3 ERP的臨床應用

3.1 用于腦梗死和癡呆患者

腦缺血性病變和退行性腦病改變均會造成腦組織局部功能障礙，從而引發(fā)不同程度的記憶力、抽象思維、定向力等認知功能的障礙。對腦梗死早期患者認知功能的ERP研究[18]發(fā)現(xiàn)，隨著作業(yè)難度的提高，患者的P3潛伏期會逐漸延長，多病灶腦梗死患者這一表現(xiàn)更明顯。這類以智能障礙和認知功能障礙為主要表現(xiàn)的血管性癡呆，與早期癡呆和阿茲海默癥患者P3潛伏期延長的研究結果[19]是一致的。沒有明顯語言功能障礙的腦梗死患者其N400也會出現(xiàn)潛伏期延遲、波幅降低，這可能是由于其詞語存取過程速度的延遲，提取信息的減少，以及短時記憶能力減退，并發(fā)語言理解能力和記憶功能不同程度下降等所致[20]。相對于心理量表，P3能更為客觀地反映癡呆患者的認知功能障礙狀況，可作為早期診斷的客觀參考依據(jù)[21]。

3.2 用于創(chuàng)傷性腦損傷患者

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）會導致患者出現(xiàn)認知功能損害和情感障礙，其嚴重程度和認知功能障礙之間有著密切的關系[22]，這可能源于大腦執(zhí)行功能的損害存在于中度和重度顱腦損傷患者中[23]，表現(xiàn)為解決問題能力和維持反應方面的障礙[24]。

輕微TBI患者會出現(xiàn)ERP相對明顯的負相變化[25]，而中度和重度TBI患者則表現(xiàn)為P3潛伏期的延長以及反應時間的增加[26]。腦內血腫腦挫裂傷患者的P3潛伏期延長，波幅下降[27]，而腦震蕩患者的P3潛伏期與正常人相比較則無明顯變化[28]。顱腦器質性損傷所致的精神障礙患者相對于同部位損傷而沒有精神障礙的患者而言，其N2和P3的波幅降低、潛伏期延長更明顯，但這兩類患者與正常人相比較也都存在N2和P3波幅、潛伏期的顯著差異[29]。這些研究結果都說明，ERP可以作為一種判斷患者是否存在器質性腦損傷的輔助檢查方法。由于P3反映的是認知功能相關的神經(jīng)活動，對于認知能力改變程度不顯著不易被影像學檢查發(fā)現(xiàn)的輕型腦損傷患者，P3可以作為一項特異性指標，更好地評估其認知能力的改變情況[30]。

此外對于顱腦損傷患者，P3在傷后25～48h內的改變尤其顯著，且隨病情恢復而趨向正常，因此，P3可以作為一項腦認知功能康復的客觀性指標[31]。在嚴重腦損傷或者不同程度意識喪失患者的意識恢復可能性評估中，MMN是一個較好的陽性預測指標，且具有較高的特異性[32]。

3.3 用于精神心理疾病

精神分裂癥和抑郁癥一直被認為與認知功能障礙相互關聯(lián)，具體表現(xiàn)為：精神分裂癥患者的P3波幅降低[33]，抑郁癥者的P3波幅降低同時伴反應時間延長[34]。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，對于精神分裂癥患者，P3存在一定局限性。精神分裂癥患者、抑郁癥患者和正常人相比，視誘發(fā)電位的P3波并無明顯異常，而前者在聽覺模型中的P3波幅值要比后者大，由視覺和聽覺共同誘發(fā)的P3波在精神分裂癥患者與健康人之間沒有明顯的差異[35]。對于抑郁癥患者，其兒童時期的不良經(jīng)歷與ERP之間也存在著一定的相關性[36]。此外，和健康人相比，軀體化障礙患者、廣泛性焦慮患者和強迫癥患者的ERP都呈現(xiàn)出比較明顯的P3潛伏延長和波幅減低[37-38]。

4 ERP的其他應用

大腦對臉部表情的識別處理過程是一個非常復雜的過程，ERP的一些早期和晚期成分與該過程的不同階段有著一定聯(lián)系[39]。N2被認為與表情感知的非感情成分有關，P3則被認為可以用于檢測面部的感情成分[40]。有研究[41]顯示，相對于正面情感來說，健康人的P3的波幅值對臉部的負面情感，如氣憤、驚恐等，有更明顯的反應，這或許暗示了P3的波幅與刺激的強度和性質成一定比例關系。

5 ERP的優(yōu)劣勢

普通誘發(fā)電位只是記錄神經(jīng)系統(tǒng)對刺激本身產(chǎn)生的反應，而ERP是大腦對刺激也就是事件帶來的信息所引起的反應，同時反映了大腦認知過程中的神經(jīng)電生理改變。ERP的優(yōu)勢是很高的時間分辨率，其也是一種無損傷的檢測方法，是研究認知過程大腦活動不可多得的技術方法。

ERP的應用研究目前還沒有較一致的操作方法和程序，缺少能被廣泛認可的統(tǒng)一標準。而且，ERP的結果是波形而非直觀的圖像，不能在空間上實現(xiàn)更為精確定位，缺少較高的空間分辨率。此外，多種因素會對ERP結果的一致性和準確性產(chǎn)生明顯影響。如上午的P3波幅會大于下午的P3波幅[42]，這可能是由于人在一天不同時段中的精神狀態(tài)存在差異。在對動物的認知功能測量實驗中發(fā)現(xiàn)，重復測量可以產(chǎn)生明顯的學習效應而使波幅變小[43]。另外，在某些TBI患者中并不表現(xiàn)出P3的異常[44]，這可能是由于測量時的操作不同所致P3變化不明顯。

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Advances in Event-related Potential and Its Forensic Application Value

GUAN Nan-si,LIU Ji-hui,ZHANG Xin-yuan,WANG Wan,TAN Ja-ning,PENG Bo
（Forensic Medical School,China Medical University,Shenyang 110001,China）

The event-related potential（ERP)is considered as one of the most effective methods to study and analyze objectively human mental activity based on nerve electrophysiology.At present,ERP is not only used in the study of lie detection,but also in the clinical medicine for the cognitive assessment on patients with cerebrovascular disease,dementia or traumatic brain injury and auxiliary diagnosis of mental illness.With the further development of ERP detection technology,it would have a wider application prospect in the field of forensic medicine.

forensic medicine;event-related potential;review[publication type]

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2015.02.015

1004-5619（2015）02-0135-05

遼寧省科技廳科學技術計劃項目（2012225021）

關楠思（1981—），男，遼寧撫順人，碩士研究生，主要從事法醫(yī)臨床學鑒定及研究；E-mail：moon4124＠163.com

劉技輝，男，教授，博士研究生導師，主要從事法醫(yī)臨床學教學、科研、鑒定及法醫(yī)學相關的法學問題研究；E-mail：jhliu＠m(xù)ail.cmu.edu.cn