面孔表情图片识别的事件相关电位及在脑卒中患者的应用

摘要

面孔所传达的信息在人类社会生活中扮演着一个极其重要的角色。人脑通过对面孔的视觉感知、认知与编码判断彼此的身份，不仅可以判断他人的年龄、性别、健康状况等，而且可以判断其容颜情况。面孔认知这一认知神经科学一个重要研究领域，吸引着许许多多的学者对其进行探索。神经心理研究发现面孔失认症患者不能通过面孔辨别熟人，但仍保留识别面部表情的能力，提示面孔身份和表情加工过程的分离。Bruce和Young提出了身份与表情等面孔信息并行加工的认知模型。功能神经影像学方法显示面孔身份加工部位主要位于右侧梭状回。事件相关电位可提供高分辨时间信息，在面孔识别的ERP研究中，Bentin等首先报告在枕颞部的一个潜伏期约为170ms的负成分(N170)与面孔身份识别有关，反映了Bruce-Young模型的早期结构编码阶段，N170与面孔熟悉度、性别、年龄和种族等信息加工无关。倒立面孔可导致N170潜伏期延长、波幅增大。面孔加工的ERP研究大多考察N170的潜伏期、波幅的改变，没有涉及其它脑区和时段的ERP成分变化，且对成年人性别及年龄效应的ERP时空方面方面研究尚未见全面的报道。 脑卒中是一种常见病、多发病，残障率高达70％-80％。而这种残障不仅仅是身体的，如偏瘫、失语等，还包括心理、社会功能障碍。国外研究报告认为，脑卒中后患者在辨别面孔表情及身体语言方面存在障碍，导致患者社会认知交往功能下降，但临床医师对此缺乏足够的重视，导致患者的康复受障碍，影响患者的生活质量。事件相关电位的出现，为脑卒中认知功能研究提供了一个技术平台。本研究利用ERP技术无创性的优势，采用简笔画表情面孔识别和ERP结合的实验设计，对脑卒中患者所诱发出的ERP波形特征进行分析，探讨脑卒中患者表情面孔识别加工能力是否下降及其可能的神经电生理机制方面的研究尚未见报道。 实验一面孔表情图片识别事件相关的电位时空模式研究 目的：运用多通道事件相关电位(event-relatedpotential，ERP)方法以及统计参数映像(statisticalparametricmapping，SPM)技术所生成的时空模式探索正常人面孔表情图片的事件相关电位的表情效应、方位效应及面孔加工的特异成分——N170特点的研究。 方法：19名受试者(14名男性，5名女性，年龄19-35岁)参加一项隐含面孔表情的识别任务。利用3张不同表情(正性、中性、负性)面孔简笔画图片，以正立和倒立的形式与下述汉字：“喜”、“思”、“恐”随机混合构成刺激序列。9类刺激随机顺序呈现共450次(50次/类)，刺激持续1000ms，刺激间隔(stimulusonsetasynchrony，SOA)1500ms。图片呈现在屏幕中央，大小为10.6cm×12.3cm，受试距离显示器100cm，水平视角和垂直视角分别是6.0°、7.0°，屏幕刷新率85Hz。受试者取舒适体位坐于椅中，其任务是注意刺激图片，并以右手按键报告相同的图片是否连续出现，系统将记录反应时间以及正误率。实验过程每间隔135秒即休息30秒。在正式记录前让受试者熟悉使用按键。实验仪器是本实验室开发的通用型19导事件相关电位系统。19个记录电极按国际10-20标准导联系统安装，置记录电极于Fp1、Fp2、Fz、F3、F4、Cz、C3、C4、Pz、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6，双侧耳垂为参考电极；滤波通频带为[0.1，30]Hz，头皮与电极之间的阻抗＜5kΩ，分析记录时间为刺激后700ms，刺激前基线100ms，对EEG分类叠加处理，手工排除眨眼与眼动和肌电等伪差。 主要观察被试对刺激材料的反应时间(reactiontime，RT)、正确率以及不同表情、方位图片所诱发的ERP波形的时空分布。ERP数据运用3(表情：负性、中性、正性)×2(方位：正立、倒立)重复测量设计方差分析，结果利用F值的统计参数映像(statisticalparametricmapping，SPM)呈现；左右半球的T5和T6部位的N210潜伏期和波幅用SPSS10.0统计软件包进行配对t检验。 结果：(1)三种面孔表情总的反应时间(611.71±98.92.50)ms，反应正确率(98.35±2.96)％。 (2)ERP主要由9种成分组成，按波幅极性和峰谷潜伏期命名分别为：N150/P150、P210/N210、N270/P270、N330、P400、N550。结果三种面孔表情左右半球的T5和T6部位N210波幅均有T6负波＞T5负波，但经配对t检验比较，两侧T5和T6部位的N210波幅无显著性意义(正性、中性及负性P值分别为0.120、0.171及0.272)。 (3)统计参数映像结果表明：显著表情效应分别出现于右枕区(120-140ms)，双侧额及右侧顶枕颞区(140-160ms)，额顶区和广泛头皮(180-280ms)、以及额顶区(320-360ms)；显著方位效应出现于额顶枕区(80-160ms)、额顶枕颞区(180-260ms)、枕颞区(280-320ms)，额顶区(340-360ms)；表情与方位因素的显著交互效应出现于左侧额区和枕区(320-380ms)。 结论：(1)采用不同表情、方位面孔图片诱发ERP是常用的研究范式，本研究应用时空模式分析直观形象地展示面孔识别过程，提示面孔识别的表情和方位效应均涉及广泛的脑区，是一个动态演化过程。 (2)本研究在双侧枕颞部引出N210，其波幅双侧枕后基本对称，但双侧颞后不对称，右侧颞后波幅较左侧大，根据N210的头皮分布特点可以判断它对应于文献中描述的N170，其较大的潜伏期可能与运用的简笔画图片有关。 (3)正常青年人在简笔画面孔表情识别过程中虽然左右半球显示出不对称性，但不具有明显的右半球优势。 实验二面孔表情识别事件相关电位的性别效应 目的：考察面孔表情加工对应的事件相关电位时空模式的性别差异。 方法：采用正性、中性、负性三种面孔表情简笔画图片为刺激，31名受试者(男18例，女13例，年龄18-35岁)执行隐含面孔表情识别任务，用SPSS10.0统计软件包对不同性别组表情面孔识别的平均反应时间和正确率进行成组t检验比较。ERP数据处理我们首先利用各个受试者的正性和负性表情对应的ERP分别减去其中性表情的波形，获得ERP情绪差异波(“情绪波”)；然后分别对正性和负性情绪波进行性别之间的统计比较，利用统计参数映像(statisticalparametricmapping，SPM)呈现成组t检验结果。同时用SPSS10.0统计软件包对同一性别组内三种面孔表情对应T5、T6处N170(对应于文献中的N170)潜伏期和波幅进行配对t检验以比较其异同。 结论：不同性别间对面孔表情的神经加工存在差异，女性N210左半球加工速度迟于右半球，在对面孔表情加工的研究中，应考虑被试的性别。 实验三面孔表情识别脑加工成分N170的年龄效应 目的：考察面孔表情加工对应的事件相关电位N210的年龄差异，判断N210是否具有右半球优势。 方法：采用正性、中性、负性三种表情面孔的简笔画图片作为刺激物，用事件相关电位记录仪记录13名青年受试者(男9名，女4名，年龄21-30)岁，)和13名中老年受试者13名(男8名，女5名，年龄40-65岁)，执行表情面孔隐含识别的ERP，SPSS10.0统计软件包对不同年龄组表情面孔识别的平均反应时间和正确率进行成组t检验比较，成组t检验比较不同年龄组N210的潜伏期和波幅的差异；配对t检验比较了同年龄组内N210在T5、T6处的潜伏期和波幅的异同。 结论：对不同表情面孔的简笔画图片识别，成年人N210波幅及潜伏期不受年龄的影响，表明成年人在65岁以前随年龄的增加在面孔加工的结构编码阶段与青年人尚无显著的差别。在面孔表情识别过程中虽然左右半球显示出不对称性，但不具有明显的右半球优势。 实验四脑卒中患者面孔表情识别的神经电生理机制 目的：采用简笔画表情面孔识别和ERP结合的实验设计，探讨了探讨脑卒中患者表情面孔识别加工能力是否下降及其可能的神经电生理机制。 方法：采用简笔画正性、中性、负性表情面孔图片作为刺激物，用事件相关电位记录仪记录25例正常人(男15例，女10例，年龄37-79岁)和19例脑卒中患者(男12例，女7例，年龄35-72岁)表情面孔隐含识别的任务，用SPSS10.0统计软件包对两组表情面孔识别的平均反应时间和正确率进行成组t检验比较，ERP数据运用采用统计参数映像t检验数值呈现。 结论：(1)结合本研究面孔表情的刺激任务，我们认为面孔识别的脑加工成分N210/N170可能不是一个单独的加工单元，而是面孔结构编码及至少在部分上是性别、种族和表情等加工的混合产物。(2)本研究采用简笔画表情面孔识别和ERP结合的实验设计，表明无论缺血性或出血性卒中患者识别表情面孔能力下降；面孔表情加工的电生理研究亦表明，在面孔加工的早期阶段即出现异常。这提醒我们医务人员对脑卒中尤其是在其康复治疗过程中，除了注意传统的药物及偏瘫肢体康复训练外，还应注意患者表情面孔识别能力下降的特点，采用针对性情绪认知训练，以促进患者脑潜能的发展，提高社会适应能力，改善生存质量。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献回顾

第二章实验部分

全文小结

中英文缩略词对照表

附录

攻读学位期间成果

致谢

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