在生氣和害怕聲音情緒暴露下新生兒事件相關(guān)電位的初步研究

孫國(guó)玉 侯新琳 周叢樂(lè) 周燕霞

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·論著·

在生氣和害怕聲音情緒暴露下新生兒事件相關(guān)電位的初步研究

孫國(guó)玉 侯新琳 周叢樂(lè) 周燕霞

目的 應(yīng)用事件相關(guān)電位(ERP)技術(shù)，研究足月兒生后早期能否分辨生氣和害怕的聲音。方法 選取出生7 d內(nèi)的足月兒，在睡眠狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用oddball模式對(duì)害怕(出現(xiàn)頻率為80%)和生氣(出現(xiàn)頻率為20%)的“dada”聲音進(jìn)行播放，并按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)10-20系統(tǒng)電極放置法，采集大腦皮質(zhì)額中央?yún)^(qū)(FC3、FC4)和中央頂區(qū)(CP3、CP4)處的腦電信號(hào)。同時(shí)應(yīng)用振幅整合腦電圖(aEEG)監(jiān)測(cè)睡眠周期。從情緒、電極位置和睡眠周期3個(gè)方面對(duì)新生兒ERP波幅、失匹配反應(yīng)(MMR)波峰潛伏期和MMR波幅進(jìn)行分析。結(jié)果 31例隨訪至生后6月齡神經(jīng)發(fā)育正常的新生兒納入本文分析，男16例，女15例。31例新生兒大腦皮質(zhì)不同電極位置在活動(dòng)睡眠(AS)期和安靜睡眠(QS)期時(shí)，生氣和害怕情緒語(yǔ)音刺激后均產(chǎn)生了ERP。在AS期FC3、FC4處，生氣和害怕語(yǔ)音刺激后的300～500 ms產(chǎn)生了MMR波，F(xiàn)C3和FC4處MMR波幅分別為(1.64±0.55)μV和(2.70±0.62)μV。在QS期FC3、FC4、CP3和AS期CP3和CP4，兩種語(yǔ)音刺激產(chǎn)生的ERP波幅差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論 新生兒大腦皮質(zhì)額中央?yún)^(qū)在AS期能夠分辨不同情緒的語(yǔ)音，而在QS期不能夠進(jìn)行分辨。提示足月兒生后大腦皮質(zhì)已具備分辨不同情緒語(yǔ)音的功能。

新生兒； 情緒； 事件相關(guān)電位

人類的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)傳導(dǎo)通路在出生時(shí)已經(jīng)發(fā)育成熟[1～3]，甚至有文獻(xiàn)[4]報(bào)道27周的早產(chǎn)兒即可區(qū)分不同的聲音，可以聽(tīng)取并分辨不同頻率的純音。出生后的新生兒是否就能夠分辨不同情緒的聲音呢?2012年，Cheng等[5]首次研究給出生1～5 d新生兒聽(tīng)取愉快和不愉快(包括生氣和害怕)的聲音，發(fā)現(xiàn)新生兒生后早期即可辨別愉快或不愉快的聲音。但是，對(duì)于不愉快的生氣和害怕聲音能否進(jìn)行分辨，上述研究未進(jìn)一步探討。目前研究較多的是應(yīng)用聽(tīng)覺(jué)事件相關(guān)電位(ERP)技術(shù)，選用不同頻率的純音作為聲音刺激信號(hào)。ERP是外界刺激后，由大腦皮質(zhì)特定區(qū)域產(chǎn)生的、與刺激有相對(duì)固定時(shí)間間隔和特定位相的生物電反應(yīng)。目前ERP研究[1～3,6,7]發(fā)現(xiàn)新生兒能夠?qū)Σ煌l率的語(yǔ)音或母語(yǔ)和非母親聲音進(jìn)行辨別。但是對(duì)于不同情緒的聲音是否也能夠進(jìn)行分辨，目前研究尚少。本研究應(yīng)用ERP方法，對(duì)足月兒分別播放生氣和害怕的情緒聲音，同時(shí)應(yīng)用振幅整合腦電圖(aEEG)技術(shù)，監(jiān)測(cè)睡眠周期，對(duì)其大腦皮質(zhì)的反應(yīng)性進(jìn)行研究，探討其對(duì)這2種情緒聲音的反應(yīng)，為進(jìn)一步評(píng)價(jià)新生兒的聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知功能提供客觀證據(jù)。

1 方法

1.1 倫理 本研究方案經(jīng)北京大學(xué)第一醫(yī)院(我院)臨床研究倫理委員會(huì)審批，新生兒接受試驗(yàn)前均告知父母并征得其知情同意。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) 選取2014年6月至2014年12月于我院新生兒科住院的足月兒。同時(shí)滿足以下條件：①適于胎齡兒；②出生后1～7 d；③無(wú)圍生期缺氧窒息史；④無(wú)Ⅲ、Ⅳ度腦室內(nèi)出血、腦白質(zhì)損傷和腦梗死等腦損傷；⑤臨床診斷為生理性黃疸或輕度吸入性肺炎；⑥通過(guò)了耳聲發(fā)射(OAE)和自動(dòng)聽(tīng)覺(jué)腦干反應(yīng)(AABR)檢查。

1.3 剔除標(biāo)準(zhǔn) ①在ERP實(shí)驗(yàn)過(guò)程中新生兒出現(xiàn)難以安撫的哭鬧致實(shí)驗(yàn)終止者；②為了排除行ERP時(shí)潛在的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常，需要在6月齡時(shí)至我院由兒童神經(jīng)科專家查體評(píng)估神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，故6月齡未來(lái)我院隨訪或至我院隨訪神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育評(píng)估異常者的ERP數(shù)據(jù)被剔除。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 實(shí)驗(yàn)條件 出生后1～7 d的新生兒在適宜溫度的隔音房間內(nèi)，喂奶自然入睡后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。①連接腦電圖記錄儀(HANDYEEG，Micromed，Treviso，Italy)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)10-20系統(tǒng)電極放置法，電極放置額中央?yún)^(qū)(FC3、FC4)和中央頂區(qū)(CP3、CP4)(圖1A)，電極均采用Ag-AgCl盤(pán)狀電極，阻抗均<5 kQ，播放聲音刺激信號(hào)的同時(shí)行腦電信號(hào)的采集反映ERP水平；②連接aEEG(Olympic CFM 6000，Biologic)，電極放置雙側(cè)頂骨區(qū)(P3、P4)(圖1A)，采集新生兒的腦電活動(dòng)，對(duì)活動(dòng)睡眠(AS)期和安靜睡眠(QS)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③佩帶耳機(jī)雙耳接收聲音信號(hào)；④完整的聲音刺激實(shí)驗(yàn)過(guò)程(60 min以上)至少包括一個(gè)睡眠周期。

1.4.2 聲音刺激 ①聲音刺激語(yǔ)音信號(hào)參考Cheng等[5]的研究，為青年女性發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)刺激高頻音代表“害怕”的“dada”語(yǔ)音，偏離刺激低頻音代表“生氣”的“dada”語(yǔ)音；②按照oddball模式進(jìn)行播放，每個(gè)“dada”語(yǔ)音持續(xù)時(shí)間為350 ms，強(qiáng)度為57～62 dB，平均59 dB；③每段語(yǔ)音信號(hào)有300個(gè)聲音刺激，包括80%(240個(gè))“害怕”語(yǔ)音和20%(60個(gè))“生氣”語(yǔ)音；④“生氣”語(yǔ)音被隨意加入“害怕”語(yǔ)音之中；⑤共有12段語(yǔ)音信號(hào)供播放。

1.5 觀察指標(biāo) 在“生氣”和“害怕”的語(yǔ)音刺激下，大腦皮質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的ERP波形，并在刺激結(jié)束后300～500 ms產(chǎn)生了最大波幅的正向波。①ERP波幅(圖1B)：是指大腦皮質(zhì)對(duì)一種外界刺激產(chǎn)生的最大的腦電反應(yīng)波幅。②失匹配反應(yīng)(MMR)波峰潛伏期(圖1C)：是指“害怕”語(yǔ)音和“生氣”語(yǔ)音誘發(fā)結(jié)束后至產(chǎn)生最大MMR波幅的時(shí)間，代表大腦皮質(zhì)對(duì)“生氣”情緒的提前注意能力，潛伏期越短，說(shuō)明對(duì)刺激語(yǔ)音信號(hào)越敏感，即越易分辨2種聲音刺激。③MMR波幅(圖1C)：判斷不同聲音刺激后大腦皮質(zhì)反應(yīng)的差異，在oddball模式下，“害怕”語(yǔ)音誘發(fā)的ERP減去“生氣”語(yǔ)音誘發(fā)的ERP[8]，波幅減值越大，反映大腦對(duì)不同刺激的分辨能力越強(qiáng)[9]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。應(yīng)用重復(fù)測(cè)量方差分析，從情緒(生氣、害怕)、電極位置(FC3、FC4、CP3、CP4)、睡眠周期(AS期、QS期)3個(gè)變量對(duì)足月兒ERP波幅、MMR波峰潛伏期和MMR波幅進(jìn)行分析。采用η2評(píng)估獨(dú)立變量的效應(yīng)大小，偏η2<0.06為方差檢驗(yàn)效果小，～0.14為方差檢驗(yàn)效果中等，≥0.14為方差檢驗(yàn)效果顯著。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1 電極放置、ERP波幅、MMR波峰潛伏期和MMR波幅示意圖

Fig 1 Drawing of electrode placement, ERP amplitude, latency of MMR peak and MMR amplitude

2 結(jié)果

2.1 一般情況 本研究共納入38例出生1～7 d的足月兒，其中4例由于哭鬧導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)終止，另外3例出院后6月齡未來(lái)院隨訪，予以剔除，31例隨訪至生后6月齡神經(jīng)發(fā)育正常的新生兒進(jìn)入本文分析。男16例，女15例；出生胎齡37～41+6(39.2±1.0)周；出生體重2 700～4 200(3 435±390)g；日齡1～7(2.6±1.8)d。

2.2 ERP波幅 在AS期和QS期，F(xiàn)C3、FC4、CP3和CP4處，“生氣”或“害怕”語(yǔ)音刺激后，31例新生兒均記錄到ERP波形(圖2)。

2.2.1 睡眠周期對(duì)ERP波幅的影響 如表1和圖2所示，在FC3、FC4、CP3、CP4處，AS期由“生氣”和“害怕”語(yǔ)音刺激下產(chǎn)生的ERP波幅高于QS期。

2.2.2 不同腦區(qū)對(duì)ERP波幅的影響 如表1和圖2所示，AS期時(shí)，在FC3、FC4處由“生氣”語(yǔ)音刺激下產(chǎn)生的ERP波幅顯著高于“害怕”語(yǔ)音；而CP3、CP4處ERP波幅差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在QS期，CP3、CP4處，“害怕”語(yǔ)音刺激下產(chǎn)生了相應(yīng)的反應(yīng)波，而對(duì)“生氣”語(yǔ)音刺激反應(yīng)波幅較低。

2.3 MMR波峰潛伏期 31例新生兒均在AS期和QS期，F(xiàn)C3、FC4、CP3和CP4處，在“生氣”和“害怕”的語(yǔ)音刺激后300～500 ms，檢測(cè)到MMR波(圖2)。

2.4 MMR波幅

2.4.1 睡眠周期對(duì)MMR波幅的影響 如表1和圖2所示，F(xiàn)C3、FC4、CP3和CP4處在AS期產(chǎn)生的MMR波幅顯著高于QS期。

ERPamplitudeAngryFearη2PMMRamplitudeActivesleepFC35.09±0.453.45±0.400.2270.0061.64±0.55FC46.07±0.523.37±0.510.3910.0002.70±0.62CP30.96±0.471.80±0.400.0520.210-0.84±0.65CP41.65±0.551.08±0.340.0260.3820.57±0.64To-tal3.44±0.322.42±0.350.1420.0341.02±0.46QuietsleepFC32.74±0.412.48±0.500.0050.7120.26±0.67FC42.36±0.582.37±0.500.0000.988-0.01±0.78CP30.46±0.481.72±0.340.1180.054-1.26±0.63CP4-0.26±0.401.55±0.380.2530.003-1.81±0.57To-tal1.32±0.312.03±0.390.0570.190-0.71±0.53

Notes AS: active sleep; QS: quiet sleep

2.4.2 不同腦區(qū)對(duì)MMR波幅的影響 總體上，F(xiàn)C3、FC4處產(chǎn)生的MMR波幅高于CP3、CP4處。在AS期，F(xiàn)C3、FC4處產(chǎn)生的MMR波幅明顯高于CP3、CP4處。

2 不同情緒、睡眠周期下FC3、FC4、CP3和CP4處事件相關(guān)電位波形

Fig 2 ERP waves under different moods, sleep cycle at FC3, FC4, CP3 and CP4

3 討論

ERP技術(shù)已經(jīng)逐漸成為探索大腦功能的有力手段，而近年來(lái)在嬰兒期進(jìn)行的MMR研究無(wú)疑將為臨床應(yīng)用開(kāi)啟新的方向。由于MMR來(lái)源于大腦皮質(zhì)，可以客觀準(zhǔn)確評(píng)估中樞聽(tīng)覺(jué)皮質(zhì)加工和聽(tīng)覺(jué)知覺(jué)綜合能力，并且不受注意力影響，不需要受試者對(duì)聲音作出反應(yīng)，在睡眠中的兒童也能被記錄到；且MMR在出生后即可誘發(fā)出，尤其適合應(yīng)用于嬰幼兒及小年齡兒童的聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知功能的評(píng)價(jià)。

本研究使用多導(dǎo)電極對(duì)健康足月兒進(jìn)行了MMR的研究,給予31例足月兒聽(tīng)取“生氣”和“害怕”情緒的聲音，結(jié)果顯示在刺激聲音結(jié)束后300～500 ms引出了MMR波，說(shuō)明足月兒可以區(qū)分不同情緒的聲音，這與Cheng等[5]的研究相符。

目前研究[10,11]表明嬰兒MMR平均峰潛伏期在100～450 ms。Winkler等[12]通過(guò)給14例生后2～5 d的足月兒聽(tīng)取不同頻率的聲音，發(fā)現(xiàn)在AS期聲音刺激后的180～400 ms產(chǎn)生了MMR波。Lepp?nen等[6]對(duì)21例處于QS期的足月兒進(jìn)行聽(tīng)力ERP研究顯示，在不同頻率的聲音刺激后的150～375 ms，也產(chǎn)生了MMR波。這與本研究MMR極性為正，潛伏期在300～500 ms大致相符。MMR潛伏期受到腦皮質(zhì)成熟度、睡眠狀態(tài)和刺激材料特征等因素影響，其范圍存在一定變異。大腦皮質(zhì)發(fā)育越成熟，可能越能快速地分辨不同情緒的聲音。有研究結(jié)果顯示早產(chǎn)兒的MMR潛伏期較足月兒短。Cheour等[13]給糾正胎齡30～35周的早產(chǎn)兒、足月兒及生后3月齡的小嬰兒聽(tīng)“y”及“i”音節(jié)，發(fā)現(xiàn)3組均能對(duì)這2個(gè)音節(jié)進(jìn)行分辨，且MMR波幅差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是MMR潛伏期平均值隨著年齡的增加而逐漸縮短(380 msvs273 msvs229 ms)。Bisiacchi等[14]對(duì)胎齡23～29周和30～34周的早產(chǎn)兒在糾正胎齡35周時(shí)進(jìn)行ERP研究，均在150～400 ms范圍內(nèi)均出現(xiàn)了顯著的MMR波幅，較本研究足月兒MMR潛伏期縮短。

不同睡眠狀態(tài)的生理學(xué)基礎(chǔ)不同[15]，在AS期，腦耗氧量增加，腦血流量增多，腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成加快，有利于建立新的突觸聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)習(xí)記憶。而在QS期，機(jī)體的耗氧量下降，腦的耗氧量無(wú)明顯變化，主要為了體力的恢復(fù)。成人聽(tīng)力ERP研究[16,17]顯示，隨著大腦睡眠的加深，MMR潛伏期延長(zhǎng)，而振幅下降，醒覺(jué)狀態(tài)會(huì)對(duì)大腦的認(rèn)知反應(yīng)產(chǎn)生影響。新生兒每天20余小時(shí)均在睡眠中度過(guò)，對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息的處理常在睡眠中完成，不同睡眠周期在腦功能成熟方面扮演的角色是否也存在差別，目前也引起研究者[18～20]的關(guān)注。Suppiej等[11]對(duì)26例胎齡25～35周的早產(chǎn)兒在糾正胎齡35周時(shí)進(jìn)行ERP實(shí)驗(yàn)，予1 000 Hz與2 000 Hz的聲音刺激，發(fā)現(xiàn)僅在AS期時(shí)，刺激后的200～300 ms產(chǎn)生了明顯的MMR波，而QS期并未產(chǎn)生明顯MMR波。Ceponiene等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同頻率的聲音刺激下，81%的足月兒在AS期刺激后100～350 ms產(chǎn)生了MMR波。本研究應(yīng)用aEEG技術(shù)，對(duì)睡眠周期進(jìn)行區(qū)分，發(fā)現(xiàn)在AS期足月兒產(chǎn)生了較明顯的MMR波，而在QS期未能發(fā)現(xiàn)明顯差異，與以上研究相符。有研究顯示在QS狀態(tài)下，新生兒也可以產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)ERP。Lepp?nen等[6]對(duì)21例處于QS期的足月兒進(jìn)行的聽(tīng)力ERP研究顯示，在不同頻率的聲音刺激后的150～375 ms，產(chǎn)生了MMR波。Cheour-Luhtanen等[22]在12例足月兒QS期，以不同的出現(xiàn)頻率播放“y”和“i”的聲音刺激，在刺激結(jié)束后200～250 ms也出現(xiàn)了MMR波。但上述研究未探討AS期MMR的情況。

本研究發(fā)現(xiàn)新生兒生后早期即可分辨不同情緒的聲音。雖然對(duì)不同情緒語(yǔ)音信號(hào)的辨別并不能夠證明新生兒可以分辨不同的情緒，但至少說(shuō)明對(duì)不同情緒語(yǔ)音進(jìn)行加工的大腦皮質(zhì)在新生兒期已存在。本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同情緒的聲音進(jìn)行分辨的大腦皮質(zhì)主要位于FC3和FC4，而CP3和CP4處產(chǎn)生的ERP波幅較小，對(duì)2種聲音分辨能力較差。Cheng等[5]研究也證實(shí)出生1～5 d新生兒在不愉快的語(yǔ)音條件下，由大腦皮質(zhì)額區(qū)(F3和F4)產(chǎn)生的MMR波幅明顯高于愉快語(yǔ)音，但在雙側(cè)枕區(qū)(P3、P4)和顳區(qū)(T3、T4)差異并不明顯。Cheour-Luhtanen等[22]應(yīng)用MMN技術(shù)，對(duì)12名出生1～5 d的健康足月兒播放“y”和“i”的聲音，也發(fā)現(xiàn)在F3和F4處產(chǎn)生的MMR波最明顯，而C3、C4、P3和P4處的MMR波不明顯。高延等[2]對(duì)56例足月兒進(jìn)行聽(tīng)覺(jué)ERP研究，顯示在偏離刺激下產(chǎn)生的MMR主要分布于額區(qū)。Agnese等[11]研究也證實(shí)了上述發(fā)現(xiàn)。以上研究均說(shuō)明額區(qū)參與了大腦皮質(zhì)對(duì)聲音的分辨加工過(guò)程。

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(本文編輯：張萍)

Preliminary study of event-related potential under the exposure of angry and fearful emotion vocal in neonates

SUNGuo-yu，HOUXin-lin，ZHOUCong-le，ZHOUYan-xia
(PekingUniversityFirstHospital,Beijing100034,China)

HOU Xin-lin，E-mail:houxinlin66@sina.com

ObjectiveTo study whether the neonates can distinguish different kinds of emotional (angry and fearful) vocal，utilizing the method of event-related potential (ERP).MethodsNeonates born in the first 7 days were selected and tested during sleep. The oddball paradigm was used to distribute the fearful (the frequency of occurrence was 80%) and angry(the frequency of occurrence was 20%) vocal (“dada”). The electroencephalogram was recorded at frontocentral area of cerebrum (FC3/FC4) and centroparietal area (CP3/CP4) in accordance with the method of electrode placement of international standard 10-20 system. Meanwhile, the amplitude-integrated electroencephalography (aEEG) technique was used to monitor the sleep cycle. Finally，the influence of mood/sleep cycle/electrode position on the ERP amplitude, the latency and amplitude of mismatch response (MMR) peak were analyzed.ResultsA total of 31 cases of neonates with normal neurological outcome at 6 months were examined (16 boys and 15 girls). The ERP emerged at different electrode locations during different sleep cycle, after angry and fearful vocal stimuli in the 31 cases. The MMR wave was observed in active sleep(AS) state at FC3/FC4, after 300 to 500 ms of the different emotional stimulations. And the amplitude of MMR for (1.64±0.55) μV FC3, (2.70±0.62)μV for FC4 (η2≥0.14,P<0.01). There was no obviously different response during quiet sleep (QS) period or at CP3/CP4.ConclusionThe neonates could distinguish different kinds of emotional vocal at their frontocentral cortex in AS state, while couldn′t in QS state. It implies that the cerebral cortex of term newborns may exist the ability to distinguish different kinds of emotional vocal.

Neonatal infant； Emotion； Event-related potential

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：31300867

北京大學(xué)第一醫(yī)院 北京,100034

侯新琳，E-mail:houxinlin66@sina.com

10.3969/j.issn.1673-5501.2015.02.003

2015-01-15

2015-03-23)