视觉信息加工的脑认知事件相关电位特征研究

摘要

第一部分视敏度加工的脑认知事件相关电位特征研究
　　 目的：通过青年人正常眼和不同程度视障眼的脑认知事件相关电位(C-ERP)的特征观察，探讨C-ERP成分与视敏度变化的相关性，以此作为视敏度功能评估的客观电生理学依据。
　　 方法：测试对象选用在校大学生，依单眼视力分为0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8和正常视力(即1.0)七组，每组测试30只眼。每个测试者通过以下二大模块视觉敏度刺激：(1)早期成分以PRVEP通过一等比变化的系列视角(8°，4°，2°，1°，30'，15’，7.5’)黑白棋盘格翻转的图形诱发；(2)中晚期成分以ERP的Oddball模型的三刺激主动反应实验模式诱导。观察c-ERP的早期时程反应的P1波成分，中晚期N1波、P2波、N2波、P3的P3a和P3b波成分，用于视角及视敏度脑加工变化机制及脑电特征的分析研究。
　　 结果：(1)视觉C-ERP的视角与视敏度认知加工成分与脑区的头皮电极定位存在一定的关联，以中线电极诱导的波幅最大，P1-Oz电极，N1-Cz电极，P2-FCz电极，N2-Cz电极，P3a-FCz电极，P3b-Pz电极。(2)早期时程反应P1波成分与视角间均存在曲线关系，在各视角组间存在显著性差异(P<0.01)。低视力者(≤0.2)以2°、1°视角，高于低视力者以30’视角刺激诱发出P1波成分潜伏期最短，振幅最大。提示不同视敏度者可能存在最适刺激。P1波成分与视敏度之间存在线性相关趋势，潜伏期趋势以大、小视角范围两端明显，其中15’时呈中度相关(| R>0.4)；而振幅在各检测视角范围内均具有相关性，在30’以下视角范围的振幅与视敏度均呈中度相关(R>0.4)。(3)N1潜伏期及振幅在2°、1°视角条件下具有较短的潜伏期和较高的振幅；2°和1°视角条件下视敏度与N1潜伏期呈中度相关趋势明显(|R|>0.4)；振幅与视敏度的相关性不明显，以30’以下视角呈低度相关(|R|<4.4)。(4)P2波、N2波随着视角的减小潜伏期逐渐延长，各视角组间振幅变异较大；P2波、N2波潜伏期均在大视角4°-1°范围内与视敏度呈现低度负相线性相关趋势，P2以2°、1°趋势明显，N2以2°视角潜伏期趋势明显；P2、N2振幅与视敏度间无明显相关趋势。(5)P3a波随着视敏度的增加潜伏期逐渐缩短，振幅增大；P3a振幅在各视角条件下与视敏度呈低度正相线性相关趋势(|R|.<0.4)，潜伏期与视敏度无明显相关性。(6)P3b波随着视角的减小潜伏期逐渐延长、振幅逐渐降低；P3b波随着视敏度的提高潜伏期有逐渐缩短、振幅逐渐增高的趋势。在2°以下视角范围内，P3b潜伏期及振幅均与视敏度呈线性相关趋势。
　　 结论：(1)视敏度脑加工过程中的C-ERP成分的电极分布具有差异，提示视敏度脑加工是一个综合感知过程，同时可能有多个脑区参与的机制。(2)视觉刺激的视角会影响视敏度脑加工的全程波成分，表明C-ERP对视角的系列观察和对视敏度加工过程的研究同等重要，视角与视敏度的脑加工机制的探讨可为视觉领域的相关研究提供基础平台和客观的电生理学依据。(3)本研究应用C-ERP全程波成分、采用全范围视角观察分析不同视敏度变化，提示视觉敏度大脑全程加工中存在较适宜视角范围：2°-30’，在此范围内C-ERP的波成分与视敏度间存在特异相关趋势。(4)本研究结果对于理解视敏度的脑加工机制以及相关影响因素具有重要的意义。同时可应用C-ERP的P1、N1以及P3b波成分的楼学模型对于较适宜视角范围进行视敏度评估，为视功能客观评定提供理论依据与电生理学量化指标。
　　 第二部分视野加工的脑认知事件相关电位特征研究
　　 目的：通过不同缺损视野的认知事件相关电位(C-ERP)成分的对比研究，探讨视野区域变化与C-ERP成分的相关性及脑加工机制，以此作为视野功能评估的客观电生理学依据。
　　 方法：测试对象选自在校大学生，分别对30名被试(60只眼)单眼视力及视野功能正常者进行C-ERP测试。依缺损刺激野的不同，分为二组四个模块：Ⅰ：半视野缺损组：ⅠA.左-右半视野缺损模块，ⅠB-上-下半视野缺损模块；Ⅱ象限视野缺损组：ⅡA.左上-右下象限视野缺损模块、ⅡB.左下-右上象限视野缺损模块。C-ERP以Oddball模型的三刺激主动反应实验模式诱导。观察C-ERP全程反应中的P1、N1、P2、N2和P3波成分潜伏期及振幅变化特征，用于视野脑加工机制及脑电特征的分析探讨。
　　 结果：(1)左-右缺损视野C-ERP全程波成分表明：左-右半视野缺损刺激分别引起对侧P1、P2振幅较同侧降低，且以枕颞区或前额区明显；而N1、N2表现与之相反，表现对侧振幅增高。颞区P1、N1潜伏期在同侧视野缺损比对侧视野缺损时延长：P2和N2潜伏期和P3波成分在左.右缺损视野间无明显差异。(2)上-下缺损视野C-ERP全程波成分表明：下视野缺损刺激主要引起C-ERP早期成分枕颞部P1和N1广泛脑区潜伏期的明显延长；与此相反，上视野缺损刺激主要引起ERP中晚期前额区P2、广泛脑区N2潜伏期延长，以及枕颞区P1振幅和广泛脑区(以中央区和中央顶区为主)N2振幅的明显降低。P2振幅与晚期N2相比变化特征相反。(3)四个象限缺损视野C-ERP全程波成分比较分析显示：左上象限视野缺损时左侧脑区N1、N2振幅较右下象限视野缺损振幅降低，同时右侧脑区N1、N2振幅在右上象限视野缺损时比左下象限视野缺损时振幅下降；左下象限视野缺损颞.顶区N1潜伏期较右上象限视野缺损时延长，而额区和中央区N2潜伏期与之相反，表现右上象限视野缺损时比左下象限视野缺损时延长。P2潜伏期特征与晚期N2相同，表现上半象限缺损时潜伏期延长，振幅改变及极性与N2相反，表现下半象限振幅明显下降，且以对侧半球优势明显。余C-ERP波成分在象限间比较无明显差异。
　　 结论：(1)左.右半视野缺损引起C-ERP波成分特征表明半视野缺损的刺激非无效刺激，提示可能同时启动了左右对调的视觉早期投射机制和晚期对侧半球的注意加工精细整合过程。(2)上-下缺损视野引起C-ERP波成分特征表明下视野刺激在上-下视野早期加工中占有优势，上视野与晚期空间加工和客体精细辨别有关，本研究结果为上-下视野加工可能存在不同神经通路的机制进一步提供了客观有力的电生理学依据。(3)四个象限缺损视野C-ERP全程波成分比较分析表明，象限视野是半视野加工的一个部分，二者主体加工机制相同；研究提示视野缺损刺激模式诱发的N1、P2、N2振幅特征与脑区定位存在一致性，但P2振幅特征与N2相反，本研究可提示视野脑区加工区域电生理变化特征，但P2与N2的振幅反向现象其具体机制尚有待深入研究。(4)本研究利用缺损刺激效应对视野范围及区域加工的机制进行了研究，对于视野缺损的客观评定建立了有效实用的模式和方法，为相关领域的视野机制研究及视野功能的客观评估提供了电生理学依据。
　　 第三部分颜色加工的脑认知事件相关电位特征研究
　　 目的：通过色觉三元色的脑认知事件相关电位(C-ERP)的观察研究，探讨颜色脑加工的特征及脑区分布趋势，以期为视觉信息的色觉功能评估提供客观电生理学依据。
　　 方法：测试对象选用在校大学生，以单眼视敏度功能正常者做为颜色刺激诱发C-ERP的测试对象，以颜色的不同刺激分为二组，每组测试40只眼。C-ERP波成分均以Oddball模型的三刺激主动反应实验模式诱导。二组刺激序列分别为(1)白色-红色-绿色圆形视觉刺激分；(2)白色-蓝色-黄色圆形视觉刺激。实验要求受试者对靶刺激做出行为反应，头皮同步记录事件相关电位反应。
　　 结果：(1)红-绿和蓝-黄刺激诱发的C-ERP成分与脑区的头皮电极定位存在一定的关联，N1波和N2波以中央脑区振幅最大；P2主要分布于前额脑区，P3波分布以顶区振幅最大。(2)红-绿颜色刺激诱发C-ERP全程成分的研究表明，红颜色较绿颜色具有优势效应；二种颜色均可诱发C-ERP波成分中N1、N2潜伏期的缩短及振幅增高，P2潜伏期缩短伴振幅下降，晚期P3成分的潜伏期延长及振幅降低；(3)红-绿颜色刺激诱发C-ERP成分中以P2波呈右半球显著优势效应，N1、N2、P3波均表现出显著左半球优势效应。(4)蓝-黄颜色刺激诱发C-ERP全程成分的研究表明，黄颜色较蓝颜色具有优势效应，可引起ERP全程成分的N1、P2、N2和P3潜伏期的明显缩短及振幅显著增高；(5)蓝-黄颜色刺激诱发C-ERP的大脑优势效应显示P2以右侧半球优势效应显著，而晚期P3以左侧半球显著。
　　 结论：(1)红-绿颜色刺激诱发C-ERP全程成分的研究表明，红颜色较绿颜色具有优势效应；但P2波振幅以及P3波成分中其红色优势不明显。提示在红-绿颜色加工的早期与晚期阶段可能存在不同的脑加工机制，“三原色”和“四色拮抗”理论可能同时参与颜色的整合加工。(2)蓝-黄颜色刺激诱发C-ERP全程成分的研究表明，在C-ERP全程波成分加工中黄颜色较蓝颜色均具有优势效应。提示蓝-黄刺激通道非颜色独立加工通道，黄颜色刺激可能同时激活红-绿通道的两种视锥细胞并与此建立了特异性神经信号联系进而调节颜色的加工整合过程。(3)红-绿和蓝-黄颜色二组刺激模式诱发C-ERP全程成分的电极效应均表明P2以前额诱发振幅最大，提示在颜色的加工过程中可能存在类似的前额选择性正波FSP，表明额叶可能在颜色视觉信息的深加工中起重要的中介作用。(4)红-绿和蓝-黄颜色二组刺激模式诱发C-ERP全程成分的P2独特显示其右侧大脑优势效应，提示颜色的加工反映了大脑高级功能多维动态整合过程。
　　 本研究为色觉功能的评定及色觉障碍的早期诊断与预后评估提供了客观的电生学依据。