事件相關(guān)電位技術(shù)對(duì)孤獨(dú)癥譜系障礙兒童基本視覺功能的研究

袁鳳云，姚克勤 ，廖可人，唐詩迪 ，何勝昔，劉正奎

1.中國科學(xué)院心理健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院心理研究所，北京100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)心理系，北京100049；3.深圳市衛(wèi)生健康發(fā)展研究中心，廣東深圳518036

前言

孤獨(dú)癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorder,ASD）是一種嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育障礙，是廣泛性發(fā)育障礙的代表性疾病，主要表現(xiàn)為社會(huì)交往障礙、溝通障礙、狹隘興趣和刻板行為。有研究指出[1]，ASD兒童對(duì)他人面部表情感知存在缺陷，可能是這類患者表現(xiàn)出社交障礙的原因之一[1]。Dawson等[2]對(duì)3～4歲ASD兒童采用事件相關(guān)電位（Event-Related Potential,ERP）進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)呈現(xiàn)出喜歡、陌生這兩類玩具的時(shí)候，這批被試ASD兒童的電位波形發(fā)生了明顯的變化；然而，當(dāng)呈現(xiàn)出母親面孔（熟悉的面孔）、陌生臉孔這兩類不同臉孔時(shí)，被試ASD兒童的電位波形沒有發(fā)生明顯改變。研究表明，ASD患者對(duì)非生命物體的認(rèn)知程度，似乎比對(duì)面部（臉孔）的認(rèn)識(shí)更加敏感。臨床的觀察和行為研究均表明，ASD患者從嬰幼兒時(shí)期開始就出現(xiàn)了對(duì)他人面孔缺乏興趣的表現(xiàn)[3]；在與客體的互動(dòng)中，ASD患者極少關(guān)注對(duì)方的表情或者動(dòng)作，彼此之間罕有目光的接觸[4]。ASD患者通常還表現(xiàn)出與他人對(duì)視的回避，表現(xiàn)出彼此之間交流的困難[5-6]。事實(shí)上，以兒童群體為例，ASD患者在判斷視線方向的能力，與正常兒童并不存在差異[7]。

先前的研究主要是從面孔識(shí)別、注視加工、表情情緒認(rèn)識(shí)等方面研究ASD兒童的視覺功能，忽視了ADS兒童基本視覺功能因素對(duì)上述研究結(jié)果的影響和解釋[8-10]。面孔識(shí)別、注視加工以及表情情緒加工等都涉及到除視覺基本能力外的感知覺整合、認(rèn)知能力等更高級(jí)的能力，上述能力的缺失，未能證實(shí)ASD患者的視覺基本能力是否存在缺陷[11]。這種在面孔情緒識(shí)別任務(wù)過程中所表現(xiàn)出來的能力缺陷，以及早期面孔信息的感知能力受損，是否與大腦視覺基本的感覺功能缺陷有關(guān)，還有待進(jìn)一步的分析和研究[12-13]。

相關(guān)研究也提供了啟示，何勝昔等[14]采用單側(cè)視野刺激法，使用高時(shí)間頻率ERP分析系統(tǒng)記錄被試在完成簡單視覺任務(wù)時(shí)的波形，研究閱讀障礙兒童視覺功能，該研究揭示閱讀障礙兒童的視覺功能發(fā)育落后于正常兒童，視覺功能的落后是閱讀障礙的原因之一。本研究從中獲得以下啟示：是否可以采用類似的方法，考察ASD兒童在視覺功能方面的發(fā)育情況。綜上所述，本研究假設(shè)，ASD兒童基本視覺功能的發(fā)展落后是ASD兒童對(duì)他人面部表情感知存在缺陷和社交障礙等表現(xiàn)的可能原因之一。ASD兒童的基本視覺能力發(fā)展與正常兒童存在顯著的差異。

1 資料與方法

1.1 被試

選取25名10～12歲的ASD兒童，以及25名與其年齡、性別相匹配的正常對(duì)照組兒童參加本研究組織的試驗(yàn)。50名被試視力正常或校正視力正常。

25名ASD兒童均來自廣東省深圳市，均被當(dāng)?shù)厝揍t(yī)院確診為ASD，符合美國精神醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)DSM-5中所列的ASD特征，即具有社會(huì)交往障礙、溝通障礙、狹隘興趣和刻板行為等核心癥狀[15-16]。經(jīng)檢查，這25名ASD兒童無明顯的視覺和聽覺障礙、情緒障礙以及器質(zhì)性腦病。25名正常對(duì)照組兒童均為深圳市某小學(xué)的五年級(jí)、六年級(jí)學(xué)生。兩組學(xué)生的精神神經(jīng)家族史均為陰性，未服用過抗精神病類藥物，自愿參加本次實(shí)驗(yàn)，也得到家長同意，并愿意填寫書面同意書。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)是根據(jù)單側(cè)視野投射原理所進(jìn)行的，又稱半視野速示法[14]，本試驗(yàn)使用計(jì)算機(jī)顯示屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)的速示器。試驗(yàn)在計(jì)算機(jī)顯示屏的中央呈現(xiàn)一個(gè)“╂”符號(hào)，要求被試的注視點(diǎn)在這個(gè)“╂”符號(hào)。隨后，在“╂”符號(hào)左右兩側(cè)相距8 cm的地方，隨機(jī)呈現(xiàn)直徑為1 cm的黑色圓餅“●”符號(hào)50 ms。“╂”符號(hào)與“●”符號(hào)之間的視角為5.7°，這樣就可以保證被試在雙眼注視的情況下，只能用單視野探測“●”符號(hào)的位置，眼球的左右移動(dòng)會(huì)使被試無法注意到“●”符號(hào)。

試驗(yàn)進(jìn)行期間，“●”符號(hào)呈現(xiàn)50 ms后，計(jì)算機(jī)顯示屏將會(huì)出現(xiàn)空屏。經(jīng)過練習(xí)，被試熟練掌握試驗(yàn)流程，當(dāng)看到左邊出現(xiàn)“●”符號(hào)，則按一下鍵盤的左邊；看到右邊出現(xiàn)“●”符號(hào)，則按一下鍵盤的右邊。隨后，進(jìn)入等待被試反應(yīng)的間隔期，間隔期設(shè)定為200～300 ms?！啊瘛狈?hào)在左、右兩側(cè)各隨機(jī)呈現(xiàn)80次。觀察兩組兒童雙側(cè)視野反應(yīng)時(shí)行為反應(yīng)速度和正確率。

1.3 數(shù)據(jù)采集及處理

試驗(yàn)中，被試坐在舒適的沙發(fā)上，與電腦屏幕的距離為80 cm；首先在光線較暗的隔音室內(nèi)休息5 min，調(diào)整心情，適應(yīng)環(huán)境，再參加實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn)儀器為德國制造BrainProduct，BP-ERP工作站，該設(shè)備使用64導(dǎo)電極帽記錄腦電波。根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃，參考電極放置在雙側(cè)耳后乳突，同時(shí)記錄水平眼電（Horizontal Electrooculogram,HEOG）和 垂 直 眼 電（Vertical Electrooculogram,VEOG）。濾波帶通為0.01～70Hz，采樣頻率為500Hz，頭皮電阻均＜5 kΩ。工作站設(shè)備對(duì)視覺刺激信號(hào)呈現(xiàn)前200 ms至其后600 ms期間的腦電進(jìn)行分析，并以零點(diǎn)前200 ms為基線。同時(shí)，試驗(yàn)使用的工作站設(shè)備設(shè)定為自動(dòng)矯正偽跡，波幅＞±50 μV時(shí)，將在疊加中被自動(dòng)剔除。

根據(jù)本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，對(duì)腦電分類的疊加，可以得到兩組被試（試驗(yàn)組、對(duì)照組）的ERP波形。ERP由多成分組成，習(xí)慣上根據(jù)波的方向（正P，負(fù)N）、潛伏期或出現(xiàn)的順序來命名，如P1/P100。根據(jù)本次試驗(yàn)的ERP總平均圖的特點(diǎn)，結(jié)合前人的工作設(shè)定測量窗口進(jìn)行分析，可以看到刺激產(chǎn)生的ERP成分P1和N2明顯。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本次試驗(yàn)中，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。描述性數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的方式進(jìn)行表示。P＜0.05表示數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

根據(jù)被試（試驗(yàn)組、對(duì)照組）、刺激類型（左側(cè)視野刺激、右側(cè)視野刺激）以及被試分類與刺激類型的交互作用，采用2*2因素方差分析，即組別（兩個(gè)水平：試驗(yàn)組與對(duì)照組）和作業(yè)任務(wù)（兩個(gè)水平：左側(cè)視野投射與右側(cè)視野投射），因變量為電極位點(diǎn)P7、P8（左頂枕葉、右頂枕葉）、O1、OZ、O2（枕葉位）上各個(gè)波形的潛伏期與波幅，再根據(jù)交互效應(yīng)的結(jié)果，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

本試驗(yàn)共記錄到50名被試的腦電數(shù)據(jù)。其中，有5位被試未能按照要求完成試驗(yàn)，其中4位被試是ASD兒童，1位被試是正常對(duì)照組兒童。因此，本試驗(yàn)最終統(tǒng)計(jì)出21位ASD兒童和24位正常對(duì)照組兒童的腦電數(shù)據(jù)。

2.1 行為數(shù)據(jù)

行為數(shù)據(jù)的結(jié)果如表1所示?？梢夾SD兒童對(duì)單側(cè)視野投射的視覺信號(hào)反應(yīng)時(shí)間，與正常對(duì)照組兒童有著比較明顯的差異，表現(xiàn)為ASD兒童行為反應(yīng)延后，反應(yīng)時(shí)間較正常對(duì)照組兒童的長（P＜0.001），兩組兒童反應(yīng)時(shí)間有顯著差異。對(duì)信號(hào)反應(yīng)的正確率兩組數(shù)據(jù)也有顯著差別（P＜0.05）。

表1 兩組兒童雙側(cè)視野反應(yīng)時(shí)間行為測定結(jié)果（xˉ+s）Tab.1 Behavioral m easurem ent of two groups of children(M ean±SD)

2.2 ERP結(jié)果

本研究中，在頂枕葉P7、P8、和枕葉O1、OZ、O2等電極位點(diǎn)，均可以看到兩個(gè)明顯的波形成分，即P1和N2。因而，本實(shí)驗(yàn)選擇與視知覺功能相關(guān)的腦區(qū)O1-O2（枕葉）以及P7-P8（頂枕葉）為主要的觀測點(diǎn)。其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

在P1方面，試驗(yàn)組與對(duì)照組兩個(gè)組別上，P8波幅值的組間效應(yīng)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgroup＜0.05）；而根據(jù)刺激類型來看，O1、P7、P8部位的潛伏期差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Ptext＜0.05），在O1上的波幅值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Ptext＜0.05）。而在組別與刺激類型的交互效應(yīng)上，在O1、O2、P7、P8部位的潛伏期的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgroup*test＜0.05），P8的波幅值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgroup*test＜0.05）。在N2方面，試驗(yàn)組與正常對(duì)照組兒童兩個(gè)組別上，各組數(shù)據(jù)均沒有顯著性差異；而根據(jù)刺激類型的數(shù)據(jù)來看，各部位的潛伏期差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在O1、P7部位的波幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Ptext＜0.05）。組別與刺激類型的交互作用方面，在P7、P8等部位的潛伏期差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgroup*test＜0.05），見表3。

表2 兩組兒童P1波形的ERP數(shù)據(jù)Tab.2 Event-related potentials(ERP)data of P1 in two groups of children

表3 兩組兒童N2波形的ERP數(shù)據(jù)Tab.3 ERP data of N2 in two groups of child ren

在本次研究中，選取了O1、O2、OZ等3個(gè)電極位點(diǎn)的波形圖進(jìn)行比較分析（圖1、圖2）。從直觀上看，正常對(duì)照組兒童的波形圖規(guī)律性強(qiáng)，左右側(cè)視野在潛伏期與波幅值上，沒有出現(xiàn)顯著差異。

ASD兒童左側(cè)視野的潛伏期均比右側(cè)視野有明顯的延遲，右側(cè)視野的波幅值均比左側(cè)視野高。

3 討論

在以往的研究中，對(duì)ASD兒童的視覺ERP研究主要為ASD兒童的面孔識(shí)別、表情情緒從認(rèn)知到識(shí)別的能力等方面的視知覺能力。本試驗(yàn)采用客觀的單側(cè)視野速視法，將“●”符號(hào)作為無意義的視覺刺激材料，探測ASD兒童的視覺感覺能力與正常兒童的差異。

從本研究中的行為學(xué)表現(xiàn)來看，試驗(yàn)組的反應(yīng)時(shí)明顯比對(duì)照組的反應(yīng)時(shí)要長[F（1,42）=14.882,P＜0.001]，正確率比正常對(duì)照組兒童要低[F（1,42）=5.310,P＜0.05]。這一結(jié)果與ASD兒童視覺相關(guān)研究結(jié)果基本一致。例如，許彩娟等[1]采用ERP方法，考察了中國ASD兒童對(duì)中國人表情面孔的加工，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASD兒童表情面孔工作記憶能力落后于正常兒童，而加工速度的劣勢是ASD兒童表情面孔工作記憶能力不足的重要原因[1]。

本研究在對(duì)比試驗(yàn)組和對(duì)照組的腦電波圖時(shí)發(fā)現(xiàn)，在枕葉O1、O2、OZ腦區(qū)采集的部分P1、N2波上，試驗(yàn)組兒童與對(duì)照組兒童的潛伏期數(shù)據(jù)差異不顯著。從直觀上看ASD兒童的行為學(xué)表現(xiàn)情況，與其ERP波形顯示的情況不相匹配。ERP波形，反映的是大腦加工刺激信號(hào)的狀況；行為學(xué)表現(xiàn)，則是大腦神經(jīng)系統(tǒng)接收信號(hào)后，經(jīng)過神經(jīng)通道的加工，反饋到兒童的具體行為上。本研究分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)后推測，兩者出現(xiàn)不相匹配的情形，可能是因?yàn)锳SD兒童處理無意義刺激信號(hào)的視覺神經(jīng)功能，比正常對(duì)照組兒童遲緩，最終使得ASD兒童的反應(yīng)速度顯得遲鈍。兩者之間的矛盾客觀存在，進(jìn)一步提示，ASD兒童對(duì)無意義的視覺刺激編碼加工階段、檢索提取階段等方面，可能存在劣勢。

在本研究中對(duì)比行為數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)正常對(duì)照組兒童左側(cè)視野、右側(cè)視野的反應(yīng)時(shí)基本相同。Schiffer等[17]的研究認(rèn)為，單側(cè)視野刺激能引起對(duì)側(cè)腦半球的外紋狀皮質(zhì)的激活。因此，筆者認(rèn)為，正常對(duì)照組兒童左枕葉和右枕葉視皮質(zhì)在加工相同的視覺信號(hào)時(shí)，所產(chǎn)生的腦電波形是一致的。而由于對(duì)稱分布在大腦左右兩半球的視皮質(zhì)結(jié)構(gòu)相同、功能相同[18]，因此在ERP波形上的表現(xiàn)也是相同的。也就是說，正常對(duì)照組兒童在加工適宜的視覺刺激時(shí)，左右半球的功能是均勢的，沒有偏側(cè)化的傾向。

圖1 正常兒童O1，O2，OZ電位波形圖Fig.1 O1,O2,OZ potential waveforms in normal children

從單側(cè)視野投射的原理來講，來自左側(cè)的視野投射落在左側(cè)的枕葉上，形成視覺功能加工[19]。從對(duì)照組兒童的P1成分?jǐn)?shù)據(jù)上，可以看到，左側(cè)視野的刺激在左枕葉上的的潛伏期是108.83 ms，當(dāng)信號(hào)傳送到右枕葉時(shí)，右枕葉的潛伏期為125.92 ms，兩者相差約20 ms；而在試驗(yàn)組兒童的相應(yīng)數(shù)據(jù)，分別為114.35和116.09 ms，兩者差異不大，基本相同。右側(cè)視野投射的刺激落在右枕葉上，對(duì)照組兒童的潛伏期為108.70 ms，信號(hào)傳送到左枕葉時(shí)，其潛伏期則為133.22 ms，兩者相差約20 ms，與左側(cè)視野數(shù)據(jù)相當(dāng)。而試驗(yàn)組相應(yīng)的數(shù)據(jù)分別為120.92與120.50 ms，兩者數(shù)據(jù)基本相同。左枕葉的視覺刺激傳達(dá)到右枕葉時(shí)候，必然會(huì)有所延遲，試驗(yàn)組這方面的數(shù)據(jù)差異不大，幾乎沒有延遲。因此推測，試驗(yàn)組兒童可能存在視覺功能左右側(cè)加工功能分離不明顯，使得加工功能的準(zhǔn)確率較低、效率降低。

Hillyard認(rèn)為，大腦在分別標(biāo)準(zhǔn)和偏差時(shí)包括以下兩個(gè)主要過程：（1）將得到的信息進(jìn)行分析并分解為一個(gè)個(gè)的單位；（2）將這些單元按照出現(xiàn)的概率進(jìn)行歸類。而個(gè)體對(duì)這種所謂的“單元”的分析歸類會(huì)根據(jù)進(jìn)入大腦信息的類型和被試接受信息的能力不同有所變化[20]。反映到本試驗(yàn)中，則是波幅和潛伏期的差異。

與對(duì)照組視覺功能不同的是，試驗(yàn)組的視覺功能差異尤其表現(xiàn)在O1的電位變化上：在完成不同刺激任務(wù)時(shí)，試驗(yàn)組O1的電位變化與對(duì)照組兒童有著顯著差異。而在O2上，兩組被試的差異不明顯。這可能是由于右側(cè)視野瞬時(shí)系統(tǒng)對(duì)信息加工的效率降低，敏感性低而引起的。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)所采用的ERP技術(shù)，從腦功能的角度，證明了ASD兒童與正常兒童的視覺功能存在差異。通過研究結(jié)果可以推斷，ASD兒童的視覺系統(tǒng)的發(fā)育可能落后于正常兒童，ASD兒童視覺功能可能存在偏側(cè)化的傾向。

圖2 ASD兒童O1，O2，OZ電位波形圖Fig.2 O1,O2,Oz potential waveform s in children with autism spectrum disorder(ASD)