聽覺皮層慢反應(yīng)臨床應(yīng)用指標(biāo)的探討△

趙澤祺 雷冠雄 李雅蘭 張鐸 申衛(wèi)東 楊仕明 喬月華,4

1 徐州醫(yī)科大學(xué)(徐州 221000)； 2 湘南學(xué)院； 3 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科； 4 徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院

聽覺皮層慢反應(yīng)(auditory late responses，ALRs)是潛伏期在50～400 ms的聽覺誘發(fā)反應(yīng)，屬于長潛伏期成分，受刺激聲物理性質(zhì)和受試者心理狀態(tài)的雙重影響[1]，反映聽覺處理的全過程。研究表明ALRs是基本腦過程(如：記憶和習(xí)慣)的潛在電生理指標(biāo)[2，3]，是聽覺認(rèn)知的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，廣泛應(yīng)用于聽覺處理疾病[4]，甚至抑郁[5]等疾病的研究，另外一個潛在應(yīng)用是ALRs或可作為中樞可塑性的電生理描述指標(biāo)[6]。因此，聽覺皮層慢反應(yīng)對建立耳鳴客觀評估方法以及聽覺中樞處理障礙疾病，如：聽神經(jīng)病、老年性聾等有重大意義。然而現(xiàn)有關(guān)于ALRs與認(rèn)知之間的關(guān)系仍然不清楚，因此，關(guān)于ALRs的研究亟待進(jìn)一步深入[7]。

聽覺皮層慢反應(yīng)主要包括P1、N1、P2、N2、P3等成分(圖1)，P1波不能穩(wěn)定出現(xiàn)，N2波具有變異性，P3波變異性更大，最穩(wěn)定的成分是N1波和P2波；而N1波又是最具代表性和通道特異性的早期成分[8]，刺激后100 ms左右出現(xiàn)，可在全腦區(qū)記錄到，往往在額中央?yún)^(qū)幅度最大。N1波有N1a、N1b、N1c、N1d等多個成分，每種成分的潛伏期、最佳紀(jì)錄位置不同[9]；N1a是聽覺皮層慢反應(yīng)的固有成分，潛伏期100 ms；N1b在中線電極記錄，潛伏期100 ms；N1c潛伏期約150 ms，在顳葉電極記錄；N1d潛伏期為100 ms及以后，是持續(xù)超過信號的負(fù)波成分；N1波的頭皮分布是按照聽皮層的音位圖分布，依賴于誘發(fā)刺激聲的頻率[10]。N1波源定位于初級聽皮層[11]，故在聽覺認(rèn)知、言語處理過程、初級聽皮層發(fā)育及可塑性研究中，往往作為優(yōu)先選擇的電生理指標(biāo)；N1波受刺激聲的物理性質(zhì)和心理狀態(tài)的雙重影響[1]，這為認(rèn)知科學(xué)研究提供研究路徑的同時，也為穩(wěn)定記錄N1波造成了困難。受試者心理因素的影響導(dǎo)致記錄到的N1波成分在各個受試者及不同測試次之間存在明顯的變異。因此，本研究擬探討穩(wěn)定可靠的記錄N1波成分的方法，選擇合適的研究指標(biāo)，減少受試者心理狀態(tài)的影響，在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確記錄的前提下，獲得簡單易行的分析N1波方法，為臨床應(yīng)用提供參考。

圖1 聽覺誘發(fā)電位示意圖

1 資料與方法

1.1研究對象 10名受試者參與本研究，均為青年女性，右利手，聽力正常，年齡21～30歲，平均24.5±3.5歲，均為解放軍總醫(yī)院的工作人員和學(xué)生。受試者無耳科或神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，均進(jìn)行電耳鏡、純音聽閾檢查及聲導(dǎo)抗測試無異常。所有研究程序均經(jīng)解放軍總醫(yī)院人體倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2ALR測試方法

1.2.1刺激聲及測試設(shè)備 選用1 kHz的短純音(上升期5 ms，平臺期40 ms,下降期5 ms，總時長50 ms)為刺激聲，50 dB SL的強(qiáng)度重復(fù)給聲100次，刺激間隔1 800～2 600 ms之間隨機(jī)化，總測試時長約5 min，刺激聲及聲刺激方案見圖2。

圖2 刺激聲和聲刺激方案 注:S為stimulus;ISI為inter-stimulus interval,刺激間隔1 800～2 600 ms之間隨機(jī)化

聲信號由E-prime?2.0軟件(Psychology Software Tools, Inc.)通過一個多I/O卡適配器，再經(jīng)兩個獨(dú)立的Yamaha?功率放大器(Yamaha Corporation)進(jìn)行功率放大，然后分別輸送至Sennheiser?HDA200 包耳式耳機(jī)(Sennheiser electronic GmbH & Co. KG)的左右耳；腦電信號由64通道的Ag/AgCl電極帽獲得，以雙側(cè)乳突均值[(M1+M2)/2]為參考，前額接地；在每次測試前，確保每個電極電阻值均低于5 kΩ。腦電信號的采樣速率為1 000 Hz，經(jīng)過一個功率放大器NeuroScan?synamps2(Neurosoft，Inc.)放大，后經(jīng)0.1～100 Hz帶通濾波器(bandpass filter,BPF)濾波。采樣和存儲后，最終由Neuroscan?4.5腦電圖系統(tǒng)(Neurosoft，Inc.)進(jìn)行分析。

1.2.2測試步驟及分析指標(biāo) 在屏蔽室中進(jìn)行測試，要求每例對象保持良好的精神和身體狀態(tài)，避免疲勞、饑餓、焦慮、疾病等，采集信號前，確保每個電極電阻值均低于5 kΩ。給聲過程要求對象閉上眼睛、頭部和身體制動、保持清醒及注意力集中；腦電信號經(jīng)偽跡去除、基線校正、濾波及疊加平均后形成事件相關(guān)電位(event-related potential，ERP)的波形，進(jìn)行組平均處理，根據(jù)組平均的ERP數(shù)據(jù)，繪制出各個電極整體的蝴蝶圖及平均總場強(qiáng)，確定N1波成分及時間窗；選取在該時間窗內(nèi)N1波電勢最高的六個電極，分別通過峰值法和面積法測得N1波潛伏期(面積法測量潛伏期即計(jì)算時間窗內(nèi)達(dá)到曲線下總面積50%的時間點(diǎn)，所對應(yīng)的潛伏期作為N1波潛伏期)和振幅(面積法測量振幅即計(jì)算時間窗內(nèi)曲線下面積除以時間窗跨度的數(shù)值，作為N1波振幅)；再選取N1波時間窗內(nèi)電勢最高的單個電極，同樣用峰值法和面積法分別計(jì)算該處N1波的振幅和潛伏期；繪制N1波頭皮電流密度的二維平面地形圖，在MATLAB軟件平臺運(yùn)行Brainstorm，用sLORETA(標(biāo)準(zhǔn)低密度層析成像)算法，對腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源分析，確定N1波源定位。

2 結(jié)果

組平均后各個電極整體的蝴蝶圖和平均總場強(qiáng)見圖3，得到N1波及N1波的時間窗為74～121 ms，并確定該時間窗內(nèi)電勢最高的六個電極為F1、F2、Fz、Fc1、Fc2、Fcz，電勢最高的單個電極為Fcz。

2.1不同測量電勢以峰值法和面積法記錄的N1波潛伏期、振幅配對t檢驗(yàn)結(jié)果顯示：以電勢最高的六個電極作為測量電極時，峰值法和面積法得到的N1波潛伏期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-0.661，P>0.05)，得到的N1波振幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-6.085，P<0.01)；以電勢最高的單個電極作為測量電極時，峰值法和面積法得到的N1波潛伏期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-0.349，P>0.05)，得到的N1波振幅之間差異仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-5.976，P<0.01)；以六個電極作為測量電極時，以面積法計(jì)算的振幅(J) / 峰值法計(jì)算的振幅(I)得到的振幅比值(J/I)(0.759±0.086)與以單個電極作為測量電極時的振幅比值(J/I)(0.764±0.094)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.480，P>0.05)(表1)。

表1 不同測量電極以峰值法及面積法記錄的N1波潛伏期(ms)和振幅(μV)±s)

圖3 N1波蝴蝶圖和平均全頭場電勢(MGFP)

2.2分別以六個電極和單個電極作為測量電極時峰值法和面積法測得的N1波潛伏期之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(峰值法：t=-1.267，P>0.05；面積法：t=0.625，P>0.05)，測得的N1波振幅值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(峰值法：t=4.522，P<0.01；面積法：t=4.658，P<0.01)。

2.3N1波源定位 N1波頭皮電流密度的二維平面地形圖見圖4，N1波溯源結(jié)果見圖5，顯示N1波源定位于雙側(cè)顳葉及顳-頂、顳-額交界處。

圖4 N1波頭皮電流密度的二維平面地形圖

圖5 N1波源定位 注:紅星標(biāo)注處為溯源定位結(jié)果。

3 討論

3.1聽覺皮層慢反應(yīng)N1波的潛伏期比振幅更穩(wěn)定，更適合作為N1波的研究指標(biāo) 從文中結(jié)果看不論以六個電極或者單個電極作為測量電極，峰值法或者面積法記錄得到的聽皮層慢反應(yīng)N1波潛伏期之間均無顯著差異，而得到的振幅值之間則差異顯著，故N1波的潛伏期比振幅更穩(wěn)定，不易被受試者心理因素影響，更適合作為研究指標(biāo)，故推薦用更簡單的峰值法來分析N1波的潛伏期。分析聽皮層慢反應(yīng)N1波振幅時，如果不是對成分重疊敏感，一般認(rèn)為面積法比峰值法更優(yōu)[7]；因?yàn)閷σ粋€受試者的平均波形進(jìn)行平均振幅測量，與對單次EEG測試數(shù)據(jù)進(jìn)行平均振幅測量后再求平均的結(jié)果是一樣的，理論上前者更接近波形成分的真實(shí)振幅；但峰值法與面積法測得的振幅結(jié)果間似乎存在一個比值常數(shù)，故可考慮用更簡便的峰值法測得振幅值后乘以比值常數(shù)(本實(shí)驗(yàn)中常數(shù)大約為0.762)，以得出更準(zhǔn)確的振幅值；但是否適用于所有情況，有待大規(guī)模數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

3.2N1波的記錄可簡化為Fcz單電極記錄 本研究結(jié)果顯示用六個電極作為測量電極與單個電極作為測量電極時測得的聽皮層慢反應(yīng)N1波潛伏期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，因此，臨床應(yīng)用中如果電極數(shù)目受到限制，則可簡化為Fcz單電極記錄聽皮層慢反應(yīng)N1波，以雙側(cè)乳突做參考(考慮左右側(cè)偏向性影響)，甚至單側(cè)乳突做參考(不考慮左右偏向性影響)，從而簡化實(shí)驗(yàn)過程。

3.3如何穩(wěn)定記錄到N1波 影響ALRs任何變量的相對小的改變都可能導(dǎo)致N1波形成分在某次測試甚至下一次測試時出現(xiàn)或消失，甚至在單次測試數(shù)據(jù)收集期間也會發(fā)生變化。ALRs測試時記錄到的N1的波形、潛伏期、振幅在各個受試者及受試者在不同測試次之間均可存在明顯的變異；不同的聲音強(qiáng)度、頻率、給聲方式(雙耳或單耳)，不同年齡、性別、左右利手以及不同的生理、心理、覺醒狀態(tài)下，得到的N1波振幅和潛伏期都有明顯的差別，有時甚至?xí)1波的判斷造成困惑[12]；例如，頭皮后部的P1波和頭皮前部的N1波潛伏期有時會很接近，但是并不是一個成分的極性反轉(zhuǎn)，或者說，二者可能反映了不同的心理生理機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)，可以從變量控制和數(shù)據(jù)處理兩方面著手獲得良好的N1波形；首先，本研究中在變量控制上，第一，構(gòu)建了一套穩(wěn)定的系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定的給聲，信噪比高，確保每例受試者的測試條件相同；第二，嚴(yán)格選擇受試對象，本研究選擇了同一年齡層次的女性，且聽力正常，無聽力及系統(tǒng)性疾病，避免飲酒及精神類藥物的可能干擾；選擇感覺級(sensation level，SL)作為給聲強(qiáng)度，消除了受試者聽力對測試結(jié)果的影響；第三，在ALRs測試過程中嚴(yán)格控制受試者狀態(tài)以避免干擾，要求其提前準(zhǔn)備好狀態(tài)良好的空閑時間前來參與，以一種愉快的心情配合測試。

其次，數(shù)據(jù)處理。聽覺誘發(fā)電位或事件相關(guān)電位較為顯著的特點(diǎn)就是同一受試者不同時間誘發(fā)的波形不穩(wěn)定，以及受試之間有很大變異性。為消除這些不穩(wěn)定因素，將相關(guān)腦電信號從背景噪聲中提取出來，可以從三個方面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：第一，通過受試者不同測試次間疊加平均，提高信噪比，同時也可減少時間上的不穩(wěn)定性；第二，同樣的測試條件下，同組受試者之間進(jìn)行組平均，以消除個體間變異；第三，通過數(shù)據(jù)處理，包括：統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、主成分分析、獨(dú)立成分分析等方法[13]，減少空間分布差異、各種成分干擾等造成的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。需要說明的是，由于各個受試者的神經(jīng)反應(yīng)模式及測試時的神經(jīng)狀態(tài)不盡相同，變異是必然存在的，也是正常的，故組平均并不是人數(shù)越多越好，有時對每例受試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立分析也是必要的，特別是對于長潛伏期的反應(yīng)更是如此。

因此，ALRs應(yīng)用于臨床時需要嚴(yán)格的變量控制和數(shù)據(jù)管理，檢測前應(yīng)與患者充分溝通，取得其理解配合，保持清醒狀態(tài)，給聲時盡量控制不動，以減少偽跡，給聲間期可以輕微活動。保持屏蔽室良好的隔音狀態(tài)以及通風(fēng)、溫度、濕度等，這些措施對保障良好的檢測結(jié)果非常重要[7]；每位患者的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立分析后再與正常值比較。

3.4N1波溯源分析及參考電極和記錄電極位置的選擇 本研究用Brainstorm軟件進(jìn)行N1波溯源分析，發(fā)現(xiàn)N1波源定位于雙側(cè)顳葉及顳-頂、顳-額交界處，與文獻(xiàn)報(bào)道相同[14,15]。參考不同研究得到的N1波數(shù)據(jù)[16]，可以發(fā)現(xiàn)：①頭頂參考、顳枕記錄的N1波和乳突參考、頭頂記錄的N1波都反映了聽覺加工的過程，性質(zhì)相同并發(fā)生在同一皮層，不同處在于頭頂記錄的N1波主要包含N1a成分，潛伏期更靠前(100～150 ms)；顳枕記錄的N1波則同時還包含了更多的N1c成分，潛伏期更滯后(150 ms左右)，波的持續(xù)時間更長；②有時頭頂參考、顳枕記錄的P1波(潛伏期50 ms左右)和乳突參考、頭頂記錄的N1波(潛伏期100 ms左右)會有一定重疊，但并不是同一成分的極性反轉(zhuǎn)；造成這種差異的原因，一方面可能是各臺腦電記錄系統(tǒng)的延遲時間不同，另一方面可能是受試者的選擇及數(shù)據(jù)處理方法的差異。傳統(tǒng)上習(xí)慣選用乳突(或耳垂)做參考點(diǎn)。

本研究有一定的局限性，原因在于聽覺皮層慢反應(yīng)N1波非常難以記錄，N1波受刺激聲的物理特征和受試者心理狀態(tài)的雙重影響；受試者的身體狀況、精神狀態(tài)等對數(shù)據(jù)影響非常大，測試過程中打瞌睡、注意力不集中或情緒改變等因素都可導(dǎo)致誘發(fā)不出N1波或N1波變異很大，以致當(dāng)次數(shù)據(jù)作廢，需要重新測試。本研究受試者只有10例女性，對受試者狀態(tài)要求嚴(yán)格，因而數(shù)據(jù)偏差小，但樣本量偏小。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展大大推動了腦電技術(shù)的進(jìn)步，加速了聽覺誘發(fā)電位的研究。聽覺皮層慢反應(yīng)N1波成分對建立耳鳴客觀評估方法以及聽覺中樞處理障礙疾病，如：聽神經(jīng)病、老年性聾等有重大意義，本研究為建立穩(wěn)定的聽覺皮層慢反應(yīng)臨床應(yīng)用指標(biāo)奠定了一定的基礎(chǔ)，有望提供ALRs臨床應(yīng)用的客觀生理學(xué)診斷指標(biāo)。