年輕吸煙者對錯誤反應(yīng)影響的事件相關(guān)電位研究

崔永婷，董芳，程永欣，田時雨，李曉健，喻大華

內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010

前言

煙草危害是人類健康所面臨的最大危險因素之一，是全球公共衛(wèi)生最嚴(yán)重的問題之一。中國是世界上最大的煙草產(chǎn)出國和消費國，全世界每年因吸煙死亡的人數(shù)高達(dá)700萬，其中包括約110萬中國人。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，從2007年至2017年的十年間，全球吸煙率出現(xiàn)了首次降低。然而，吸煙人群中的青少年吸煙人群卻呈現(xiàn)增加趨勢，并且首次吸煙年齡正趨于低齡化。除影響吸煙者的生理層面外，吸煙在很大程度上會引起臨床或亞臨床水平的尼古丁依賴，即吸煙成癮［1］。大多數(shù)吸煙者都知道吸煙會造成不利的后果，并有強(qiáng)烈的戒煙意愿卻以失敗告終。本文所研究的就是不利后果的一個方面：錯誤監(jiān)測。錯誤監(jiān)測是績效監(jiān)測系統(tǒng)的一個組成部分，對我們的行為調(diào)節(jié)以及認(rèn)知控制起著重要的作用，即當(dāng)錯誤發(fā)生后，糾正這種行為并且防止其對后續(xù)行為的干擾，正確社會化以及適應(yīng)性行為的關(guān)鍵過程［2］。先前研究發(fā)現(xiàn)Flanker 任務(wù)下可卡因患者的錯誤相關(guān)負(fù)波（Error-Related Negativity,ERN）和錯誤正波（Error Positivity,Pe）相比對照組都有明顯的降低，表明可卡因成癮與錯誤處理減少有關(guān)，同時認(rèn)為這些認(rèn)知缺陷可能有助于維持可卡因成癮［3］。同時，F(xiàn)ranken 等［4］研究Eriksen Flanker 任務(wù)下成年吸煙者與非吸煙者在錯誤發(fā)生后的事件相關(guān)電位（Event-Related Potential, ERP）成分，發(fā)現(xiàn)與非吸煙者相比，成年吸煙者的Pe 波幅明顯降低，表明吸煙與減少的錯誤處理有關(guān)。因此本研究預(yù)測青少年吸煙者的錯誤正波Pe 的波幅也會出現(xiàn)降低，通過ERP 技術(shù)和Flanker 任務(wù)的結(jié)合研究吸煙是否會損害青少年吸煙者的錯誤處理能力，探討青少年吸煙者的大腦神經(jīng)機(jī)制并為其提供更多新的見解。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本次研究被試者都是在周邊大學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)或廣告張貼招聘的。所有被試者的教育水平都是對等的，都具有大學(xué)教育水平。采用被試者包括吸煙者19 名（n=19），以及年齡、性別、受教育年限等與之相匹配的健康非吸煙者19名（n=19）。所有的青少年吸煙成癮者的入選標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）符合當(dāng)前美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5 版（The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, DSM-V）對尼古丁依賴的標(biāo)準(zhǔn)；（2）在過去2年的每日吸煙量（Cigarettes Per Day,CPD）要超過10 根；（3）在過去沒有嘗試過戒煙超過3 個月；（4）尼古丁依賴檢測量表（Fagerstrom Test for Nicotine Dependence,FTND）＞3；（5）目前沒有酒精或藥物濫用評估的身體疾病、神經(jīng)或精神疾病或顱外損傷。所有健康的非吸煙者在他們的一生中吸了不超過5支香煙。

根據(jù)美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5 版（DSM-V）中尼古丁依賴性的診斷標(biāo)準(zhǔn)篩選吸煙成癮者，并根據(jù)FTND評估吸煙者的尼古丁依賴程度。篩選吸煙成癮者具體標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）吸煙獲得的滿足感不斷減弱，需要多抽幾支煙才能達(dá)到相同的效應(yīng)；（2）戒煙時會伴隨有緊張、焦慮、失眠和疲倦等癥狀的發(fā)生；（3）盡管嘗試過減少吸煙量甚至不吸煙，但仍然渴望吸煙；（4）個人的大部分時間都用于吸煙或者買煙上；（5）個人的社交生活與工作因為吸煙行為而被影響；（6）即使知道吸煙有害健康，但還是忍不住吸煙。如果被試者在上述的6 個標(biāo)準(zhǔn)上有3 個或者3個以上的回答都是“是”的話，就會被認(rèn)為是符合尼古丁依賴DSM-V標(biāo)準(zhǔn)的吸煙成癮者。

本研究是根據(jù)赫爾辛基宣言進(jìn)行的，所有程序均在被試者及其法定監(jiān)護(hù)人在了解本研究目的后充分理解和書面知情同意下進(jìn)行。研究過程均由醫(yī)學(xué)委員會批準(zhǔn)同意。更詳細(xì)的信息見表1。

表1 青少年被試人口統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)（± s）Tab.1 Demographic data of adolescent subjects(Mean±SD)

表1 青少年被試人口統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)（± s）Tab.1 Demographic data of adolescent subjects(Mean±SD)

臨床資料年齡/歲開始吸煙年齡/歲吸煙年數(shù)/年尼古丁依賴測試指數(shù)包年（pack-year）每日吸煙根數(shù)（CPD）一氧化碳濃度/ppm受教育年限/年非吸煙組（n=19）20.58±1.17- - - - -1.74±0.80 14.37±0.83吸煙組（n=19）20.89±1.20 15.63±2.60 4.60±2.22 5.42±1.17 3.60±2.88 15.00±4.80 7.58±1.87 14.11±0.57 t值-0.822- - - - --12.533 1.140 P值0.416- - - - -0.000 0.262

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有腦電數(shù)據(jù)的采集都是在腦電實驗室進(jìn)行的。實驗室要求保持安靜、光線較暗、隔音效果較好，使被試者可以在一個舒適的環(huán)境更好地采集數(shù)據(jù)，不受外界干擾，也可以使我們得到最佳的實驗數(shù)據(jù)。實驗使用德國設(shè)備BrainAmp MR plus（Brain Products GmbH. Munich. Germany）采集腦電數(shù)據(jù)。使 用E-prime2.0（Psychology Tools, Pittsburgh, PA,USA）軟件呈現(xiàn)實驗任務(wù)并收集行為學(xué)數(shù)據(jù)。并在實驗前后填寫相關(guān)吸煙量表進(jìn)行臨床數(shù)據(jù)以及吸煙狀況數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。本實驗采集Flanker任務(wù)下青少年吸煙成癮者和非吸煙者的腦電波數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的觀察和分析，采集過程中要求參與者盡可能避免身體的移動并保持注意力集中。

Flanker 任務(wù)以最典型的字幕刺激范式為例，實驗者向參與者提供了一系列5 個字母的字符串［5］，4組不同的字符串（SSSSS、SSHSS、HHHHH、HHSHH）出現(xiàn)在電腦屏幕中央（圖1），如果中間的字母是H，參與者用右手食指按下，如果中間的字母是S，參與者用左手食指按下。當(dāng)參與者反應(yīng)正確時，屏幕中央會反饋一個“+”；當(dāng)參與者反應(yīng)錯誤后，會收到一個紅色條形的反饋；當(dāng)參與者未作出任何反應(yīng)時，屏幕中央會出現(xiàn)“!”。整個Flanker 任務(wù)包括5 組，每組會呈現(xiàn)80 次字符串，一致組和不一致組出現(xiàn)的次數(shù)是一致的，分別為40 次（n=40）。由于提供給被試者的反應(yīng)時間很短，幾乎所有參與者都會出現(xiàn)按鍵錯誤［6］。要求被試者在實驗過程中要盡可能快速并正確地做出反應(yīng)。在錯誤反應(yīng)發(fā)生后，首先會出現(xiàn)與意識無關(guān)的ERN，是獨立于意識的早期錯誤加工成分，反映了由于錯誤而產(chǎn)生的最初自動腦反應(yīng)，峰值出現(xiàn)在錯誤發(fā)生后的150 ms 內(nèi)［4］。緊隨其后的是錯誤正波Pe［7］，是與意識有關(guān)的后期錯誤加工成分，峰值出現(xiàn)在錯誤發(fā)生后的200～400 ms 內(nèi)，反映了對錯誤行為的有意識處理［8］。

圖1 Flanker任務(wù)過程中會依次閃現(xiàn)4種不同的字符串Fig.1 Four different strings that will flash during the Flanker task

1.3 數(shù)據(jù)處理

Recorder 軟件和64 導(dǎo)電極帽用來收集腦電數(shù)據(jù)。通過Brain Vision Analyzer 2（Brain Products GmbH）進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)處理。具體過程如下：首先將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，設(shè)置采樣率（Sample rate）1 000 Hz；定位電極；重新設(shè)置參考電極（Reference）：TP9、TP10；濾波（Filter）：0.15～30.00 Hz；去偽跡（Raw Data Inspection），選擇半自動去除，偽跡成分高于20%的參與者剔除；獨立成分分析（ICA），濾除眼電、肌電、市電等不必要信號的影響；分段（segmentation）：刺激開始前200 ms 到刺激后800 ms；基線校正：刺激前200 ms。標(biāo)記ERP 成分并導(dǎo)出數(shù)據(jù)，Pe 是錯誤發(fā)生后的200～400 ms 的正波。本研究采用Fz、Cz、Pz電極。

1.4 統(tǒng)計分析

本研究采用SPSS 20.0 軟件對ERP 和行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。統(tǒng)計分析方法使用重復(fù)檢測ANOVAs（分析結(jié)果F值是一個比值，組間平均方差和組內(nèi)平均方差的比值，P為顯著性差異值）檢驗和獨立樣本t檢驗，組（吸煙者和非吸煙者）作為組間因素，一致性Congruency（一致試驗和不一致試驗）、正確性Correctness（正確試驗和錯誤試驗）、反應(yīng)類型response type（反應(yīng)正確和反應(yīng)錯誤）、電極點region（Fz、Cz、Pz）作為組內(nèi)因素。行為數(shù)據(jù)正確性使用2×2 ANOVA：Group×Congruency，行為數(shù)據(jù)反應(yīng)時間使用 兩 個2×2 ANOVA：Group×Correctness，Group×Congruency。錯誤正波Pe使用2×2×3 ANOVA：Group×response type×region分析。使用Bonferroni多重比較校正。Pearson 相關(guān)分析方法被用來統(tǒng)計ERP數(shù)據(jù)與行為學(xué)數(shù)據(jù)之間或被試者信息之間的相關(guān)性。計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用樣本t檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 行為學(xué)數(shù)據(jù)

表2 是在Flanker 任務(wù)中兩組的錯誤數(shù)。組之間的主效應(yīng)被觀察到［F(1, 36)=5.133,P=0.030］，吸煙組的錯誤數(shù)要明顯增加（圖2）?？紤]到交互作用，觀察到明顯的一致性，表明與一致試驗相比，在不一致試驗中會存在更多的錯誤［F(1,36)=59.073,P＜0.001］。Group×Congruency存在交互效應(yīng)趨勢［F(1,36)=3.670,P=0.063］。表3 是Flanker 任務(wù)中兩組反應(yīng)時間的均值。在反應(yīng)時間上，組之間的主效應(yīng)并不存在明顯的差異［F(1,36)=1.433,P=0.239］。觀察到明顯的一致性［F(1,36)=114.917,P＜0.001］，表明在不一致試驗中會花費更多的時間。在反應(yīng)類型上觀察到明顯的主效應(yīng)［F(1, 36)=137.399,P＜0.001］，表明在正確反應(yīng)時會花費更多的時間。

表2 Flanker任務(wù)的錯誤數(shù)（± s）Tab.2 Number of errors for the Flanker task(Mean±SD)

表2 Flanker任務(wù)的錯誤數(shù)（± s）Tab.2 Number of errors for the Flanker task(Mean±SD)

類別一致試驗錯誤數(shù)不一致試驗錯誤數(shù)非吸煙組（n=19）6.95±7.34 13.68±9.94吸煙組（n=19）13.95±12.57 25.16±19.31 t值-2.096-2.303 P值0.043 0.027

2.2 Pe波幅

對于Pe成分，在組之間并不存在明顯的主效應(yīng)。但是，明顯的主效應(yīng)在region［F(2,72)=16.577,P＜0.001］、response type［F(1,36)=35.990,P＜0.001］中被觀察到。更重要的是，明顯的交互作用Group×response type被觀察到［F(1,36)=15.569,P＜0.001］，表明與非吸煙者相比，吸煙者在錯誤試驗中的Pe成分有明顯的降低。見圖3。

3 討論

圖2 吸煙者比健康非吸煙者的錯誤數(shù)明顯增加，CO濃度水平增加（*P＜0.05,***P＜0.001）Fig.2 The number of errors and the concentration of CO in smokers were significantly higher than that in healthy nonsmokers(*P＜0.05,***P＜0.001)

表3 Flanker任務(wù)的反應(yīng)時間（ms,± s）Tab.3 Response time of Flanker task(ms,Mean±SD)

表3 Flanker任務(wù)的反應(yīng)時間（ms,± s）Tab.3 Response time of Flanker task(ms,Mean±SD)

類別一致反應(yīng)時間不一致反應(yīng)時間正確反應(yīng)時間錯誤反應(yīng)時間非吸煙組（n=19）427.55±31.44 443.54±33.38 435.38±32.16 390.27±33.22吸煙組（n=19）409.55±46.23 430.69±46.72 419.67±46.24 367.44±49.54 t值1.403 0.976 1.125 1.669 P值0.169 0.336 0.223 0.104

青少年吸煙不僅在其生長發(fā)育時期有極大的危害，大部分青少年在吸煙后難以戒煙，并極有可能成為長期甚至終生吸煙者［9］。性能監(jiān)測，如錯誤處理，是人腦的一項基本功能。人類必須注意到，他們的錯誤是為了適應(yīng)自己的行為和防止將來的錯誤。錯誤處理在行為調(diào)節(jié)中起著重要作用：健康的個體，即使沒有明確的反饋，也會表現(xiàn)出錯誤后的特征反應(yīng)并調(diào)整其反應(yīng)［10］。眾所周知，在認(rèn)知任務(wù)的錯誤試驗中，人腦區(qū)域的電活動比非錯誤試驗的反應(yīng)更強(qiáng)。我們可以通過測量與大腦對錯誤反應(yīng)相關(guān)的ERP 來檢查錯誤敏感性。由于時間分辨率好，ERP技術(shù)使我們能夠研究錯誤處理的時間歷程。之前有研究表明Pe可能反映了對錯誤的有意識的反思［4］，對錯誤的有意識識別［10］或歸因于錯誤的動機(jī)意義［11］。對酒精等成癮行為的研究表明，成癮者會對成癮物質(zhì)顯示出包括注意和記憶在內(nèi)的認(rèn)知偏向［12］。因此本研究利用ERP 技術(shù)，研究Flanker 任務(wù)下青少年吸煙者在錯誤處理能力方面是否存在缺陷，行為監(jiān)測能力是否存在異常，為青少年大腦神經(jīng)機(jī)制提供新的見解。

圖3 青少年吸煙者（藍(lán)色）和健康非吸煙者（紅色）在Fz、Cz、Pz的Pe平均波幅Fig.3 Mean wave amplitude of Pe of adolescent smokers(blue)and healthy non-smokers(red)in Fz,Cz and Pz

行為數(shù)據(jù)顯示，相比非吸煙者，吸煙者會出現(xiàn)更多的錯誤。在電生理結(jié)果，本研究結(jié)果顯示吸煙者錯誤發(fā)生后Pe 振幅有明顯的降低，表明吸煙者的錯誤處理能力降低，行為監(jiān)測能力降低，結(jié)果揭示了錯誤處理能力降低可能與吸煙成癮有關(guān)。更具體而言，反映性能錯誤動機(jī)意義的大腦系統(tǒng)似乎受到損害。人們認(rèn)為，這些認(rèn)知缺陷可能導(dǎo)致或促成吸煙行為和成癮行為的持續(xù)存在。之前有研究結(jié)果顯示吸煙與減少錯誤處理有關(guān)，特別是對錯誤的顯著歸因［11］。目前的研究結(jié)果也與這項研究相一致。同時在可卡因依賴患者的研究中也發(fā)現(xiàn)，可卡因的成癮可能與錯誤處理的減少有關(guān)。一項Go/NoGo 任務(wù)下的注意力缺陷多動癥患者研究也發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)重程度與錯誤處理的減少有關(guān)［13］。綜上所述，青少年吸煙者Pe 成分的降低與其錯誤處理能力存在缺陷有關(guān)，這為青少年吸煙者行為監(jiān)測能力存在障礙提供了電生理依據(jù)?？赡苁清e誤處理的減少使其對吸煙的不良后果缺乏敏感，因此會導(dǎo)致其持續(xù)吸煙。通過本次研究，了解吸煙成癮在錯誤處理能力方面的缺陷，可以為吸煙成癮的診斷和臨床的治療提供一定的支持和幫助，進(jìn)一步為醫(yī)學(xué)行為干預(yù)來達(dá)到減少吸煙甚至于戒煙的目的提供理論支撐［14］。同時，本研究不僅在青少年吸煙成癮方面具有一定的參考價值，而且為從事治療吸煙成癮的醫(yī)療人員和心理咨詢師提供了有效的幫助［15］。

據(jù)統(tǒng)計，2016年我國男性吸煙率為52.1%，女性為2.7%，女性吸煙率總體水平較低［16］。因此關(guān)于吸煙者的性別差異是本研究的一個不足之處。同時由于現(xiàn)在社會女性的工作壓力也不斷增大以及孕育后代的特點，對比同樣煙草暴露狀態(tài)下的男性，吸煙和被動吸煙對女性的危害大得多［17］。同時，青少年吸煙者中女性群體的數(shù)量也在不斷增加，未來對女性吸煙者的研究是我們接下來研究的重點。