靳康佳,王旭,4
1.中國政法大學(xué) 證據(jù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100088;2.司法文明協(xié)同創(chuàng)新中心,北京 100088;3.中國政法大學(xué)法庭科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)研究中心,北京 100088;4.重罪檢察證據(jù)分析研究基地(中國政法大學(xué)),北京 100088
事件相關(guān)電位(event-related potential,ERP)是一種特殊的誘發(fā)電位,是指特定刺激作用于感覺系統(tǒng)或腦的某一部位,在相應(yīng)腦區(qū)所引起的電位變化。這種電活動(dòng)與任務(wù)相關(guān)的高級(jí)皮層神經(jīng)處理過程相關(guān),是受試者對(duì)刺激信息進(jìn)行認(rèn)知加工的客觀證據(jù)。視覺信息作為一種特定的刺激,在視網(wǎng)膜成像后,經(jīng)三級(jí)神經(jīng)元傳入大腦枕葉的視覺中樞,再經(jīng)不同的高級(jí)視覺皮層處理加工,最終形成雙眼立體視覺。視覺ERP是由兩種或兩種以上視覺刺激信號(hào)編成的刺激序列并通過不同范式誘發(fā)的,代表人腦某個(gè)特定認(rèn)知加工過程的神經(jīng)電信號(hào),具有很高的時(shí)間分辨率。本文現(xiàn)將視覺ERP 主要內(nèi)源性成分的特征以及近年來視覺ERP 在顱腦損傷后認(rèn)知功能障礙、各類視覺功能障礙客觀評(píng)估方面的相關(guān)研究綜述如下,并對(duì)視覺ERP在法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中的研究價(jià)值進(jìn)行展望。
根據(jù)物理刺激與神經(jīng)活動(dòng)的相關(guān)性,視覺ERP的成分主要分為外源性成分和內(nèi)源性成分,其中內(nèi)源性成分與人類高級(jí)心理活動(dòng)有著密切聯(lián)系,是目前視覺ERP 研究的重點(diǎn),故本文主要集中于對(duì)視覺ERP的內(nèi)源性成分,包括視覺失匹配負(fù)波(visual mismatch negativity,vMMN)、N200、P300 等。值得注意的是,由于大腦神經(jīng)活動(dòng)的復(fù)雜性,不同性質(zhì)的視覺內(nèi)源性成分間的界限并非完全清晰。許多早期經(jīng)典成分被證實(shí)并不是由單一信號(hào)引起,或許包括了不同腦區(qū)進(jìn)行的類似但仍有差異的計(jì)算過程[1]。
失匹配負(fù)波(mismatch negativity,MMN)最初被發(fā)現(xiàn)于聽覺模式中:當(dāng)一組規(guī)律的聽覺刺激中突然出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度、頻率不同的刺激時(shí),便會(huì)誘發(fā)一個(gè)峰值位于200 ms 左右的負(fù)性成分[2]。此后CZIGLER 等[3]報(bào)道了一種在視覺模式下與偏差刺激自動(dòng)檢測有關(guān)的負(fù)性成分,并于2002 年將其命名為vMMN。研究[4]表明,在注意狀態(tài)下,位于視野中央的偏差刺激引發(fā)的vMMN 起源于右側(cè)枕葉視覺區(qū)(BA19)及右側(cè)前額葉。目前,普遍認(rèn)為vMMN 反映了大腦對(duì)違背預(yù)期模式的目標(biāo)的鑒別過程[5],是監(jiān)測視覺前注意加工過程的電生理指標(biāo)。
在視覺任務(wù)中,vMMN 可以被顏色、面部特征等相對(duì)復(fù)雜的視覺刺激所引出[6],也可以在單眼半側(cè)視野范圍內(nèi)被激發(fā),位于旁中心視野的偏差刺激同樣可以誘發(fā)vMMN,由于視覺刺激出現(xiàn)的位置不同,vMMN的振幅可呈現(xiàn)較大的變異[7]。vMMN 具有以下優(yōu)點(diǎn):對(duì)偏差刺激敏感,具有相當(dāng)?shù)淖詣?dòng)性,在注意或非注意狀態(tài)下均可引出,且不需要被試者做出反應(yīng)。因此,vMMN 適用于配合度較低(如精神不集中)的被試者,在鑒別視力損害的偽裝方面具有一定的潛力。
1982 年,RITTER 等[8]發(fā)現(xiàn)在視覺任務(wù)中,第二個(gè)主要的負(fù)向成分N200 可反映任務(wù)的分類效應(yīng)。時(shí)至今日,N200 已經(jīng)成為一個(gè)含有數(shù)個(gè)子成分的家族,根據(jù)不同視覺任務(wù)下的頭皮分布特征[9],被細(xì)分為:N2a(位于額葉前部,被證實(shí)與失匹配有關(guān))、前部N2(位于額-中央?yún)^(qū),包括N2b、no-go N2 等)、后部N2[位于頂后部,如N2-posterior-contralateral(N2pc)等]。其中,前部N2 可反映刺激識(shí)別過程中競爭反應(yīng)的沖突控制效應(yīng)[10],這一特點(diǎn)可被用于情緒相關(guān)的認(rèn)知研究;后部N2 的子成分N2pc 是由靶刺激誘發(fā),分布在注意視野對(duì)側(cè)半球后部的負(fù)向偏轉(zhuǎn)電位,與注意集中的過程有關(guān),其振幅易受到刺激視野、目標(biāo)干擾物以及目標(biāo)刺激偏心率的影響[11-13],在運(yùn)動(dòng)感知等高級(jí)視覺功能乃至心理學(xué)領(lǐng)域有一定的研究價(jià)值。
由于腦區(qū)、作業(yè)任務(wù)或刺激屬性不同,N200 具有不同的表現(xiàn)和意義。盡管N200 已經(jīng)逐漸顯示出一定的研究價(jià)值,但現(xiàn)階段國內(nèi)外法醫(yī)學(xué)者對(duì)N200 成分進(jìn)行的單獨(dú)研究仍較少,大多將其與P300 等其他內(nèi)源性成分一并作為視覺任務(wù)的觀察指標(biāo)。這類研究主要包括情緒識(shí)別、視野分布等。
1965 年,SUTTON 等[14]發(fā)現(xiàn)在規(guī)律的刺激序列中,一個(gè)無法預(yù)測的聲音或是光線刺激會(huì)在頭皮誘發(fā)潛伏期約為300 ms 的晚期陽性成分,其振幅會(huì)隨著不確定刺激的概率降低而增加。目前P300 主要包括峰值位于前額的P3a 和峰值位于頂葉頭皮的P3b 兩個(gè)子成分,后者即為通常所指的P300。POLICH[15]認(rèn)為,P300 的產(chǎn)生可能源于額葉、顳頂葉的激活。其中,P3a最初由與任務(wù)無關(guān)的新奇刺激所引出而被發(fā)現(xiàn)[1],而后BERTI[16]研究認(rèn)為,P3a 反映了工作記憶相關(guān)信息選擇的初始過程,其振幅受前額葉完整性的影響[17];P3b 由任務(wù)相關(guān)的罕見刺激所誘發(fā),代表注意資源激活后大腦對(duì)注意力和記憶處理自上而下的控制過程[18]。P300 振幅是反映目標(biāo)刺激影響心理時(shí)大腦活動(dòng)的指標(biāo),受到不確定度、注意資源分配[19-21]等多因素的共同影響;P300 潛伏期則反映了大腦對(duì)刺激的評(píng)估時(shí)間。盡管目前對(duì)P300 的產(chǎn)生條件及部分影響因素已有一定的認(rèn)識(shí),但其在認(rèn)知過程中的具體含義尚存爭議,未能達(dá)成共識(shí)。
現(xiàn)階段,視覺P300 已被證實(shí)與注意、記憶和執(zhí)行等認(rèn)知相關(guān)活動(dòng)有著密切聯(lián)系,故大量相關(guān)研究集中于對(duì)認(rèn)知障礙的客觀評(píng)估和偽裝鑒別等方面,此外,P300 也可以反映高級(jí)視覺通路對(duì)視覺刺激的認(rèn)知過程。P300 成為現(xiàn)階段臨床及法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究最多的視覺ERP 成分。
智能減退是顱腦損傷所致精神障礙的表現(xiàn)之一,主要包括記憶減退、情感障礙、意志減退等。智能減退導(dǎo)致的日常生活、社會(huì)活動(dòng)能力受限是法醫(yī)學(xué)鑒定中的重要內(nèi)容,更是劃分被鑒定人殘疾等級(jí)的重要依據(jù)。目前法醫(yī)學(xué)智能檢查主要依據(jù)相關(guān)量表等,并結(jié)合影像學(xué)檢查的形態(tài)學(xué)證據(jù)以及臨床診斷,對(duì)被鑒定人認(rèn)知功能進(jìn)行評(píng)估,但往往缺乏客觀指標(biāo)支持,檢查結(jié)果受鑒定人自身經(jīng)驗(yàn)因素影響較大。POLICH[22]曾提出P300 可作為認(rèn)知效率的衡量指標(biāo),反映了大腦對(duì)刺激的分類及評(píng)價(jià)過程,具有明顯的任務(wù)效應(yīng)。隨著被試者認(rèn)知損害的加重,任務(wù)難度增加,P300 會(huì)相應(yīng)表現(xiàn)出振幅減小以及潛伏期延長的趨勢[23],這一特點(diǎn)在顱腦損傷致認(rèn)知損害患者的病情進(jìn)展及預(yù)后的客觀評(píng)價(jià)中顯示出獨(dú)特的臨床價(jià)值。近年來,國內(nèi)外法醫(yī)學(xué)者通過研究視覺P300 各項(xiàng)指標(biāo)與患者顱腦損傷分型及后果之間的相關(guān)性,以期尋求客觀量化顱腦損傷后智能減退程度的方法。
劉子龍等[24]采用3 種范式對(duì)122 名重型顱腦損傷患者進(jìn)行ERP 檢測,發(fā)現(xiàn)視覺P300(r≈-0.43)、數(shù)字計(jì)算P3c(r≈-0.57)、圖片再認(rèn)P500(r=-0.67)的潛伏期與患者韋氏智力測驗(yàn)智商均有不同程度的相關(guān)性,聯(lián)合多項(xiàng)指標(biāo)推斷結(jié)果更加可靠。孫會(huì)艷[25]利用視覺Oddball 范式對(duì)32 名顱腦損傷6 個(gè)月以上的患者進(jìn)行ERP 檢測,發(fā)現(xiàn)腦外傷組差異刺激的額中點(diǎn)P3a 潛伏期與韋氏智力測驗(yàn)智商(r=-0.90)、日常生活能力量表(r=0.87)和社會(huì)功能缺陷篩選量表(r=0.85)存在高度相關(guān)性。目前關(guān)于視覺P300 相關(guān)研究多針對(duì)重型顱腦損傷,而實(shí)踐中80%的創(chuàng)傷性顱腦損傷患者屬輕度[26],對(duì)于輕-中型顱腦損傷后智能減退的情況尚需要大量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。
腦實(shí)質(zhì)不同部位和程度的損傷可造成多種臨床癥狀和體征,并遺留不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。社會(huì)認(rèn)知缺陷是顱腦損傷的后遺癥之一,情緒識(shí)別是社會(huì)認(rèn)知能力的一種表現(xiàn),是檢驗(yàn)顱腦損傷后患者行為和洞察力的標(biāo)志[27],情緒面孔加工相關(guān)ERP 研究在評(píng)估顱腦損傷后情緒識(shí)別障礙方面有著很大的應(yīng)用價(jià)值。
13%~39%的中-重型顱腦損傷患者在傷后存在面部情緒識(shí)別障礙(尤其是負(fù)面情緒)[28]。相較中性刺激,情緒相關(guān)的視覺刺激對(duì)N200、P300 等成分的振幅影響更大[1]。LEW 等[29]對(duì)中-重型顱腦損傷患者進(jìn)行情緒面孔ERP 檢測,發(fā)現(xiàn)在檢索面部情感提示時(shí),患者表現(xiàn)出明顯的行為反應(yīng)受損和電生理指標(biāo)下降,包括對(duì)憤怒目標(biāo)刺激的行為反應(yīng)減慢、P300 的振幅降低和潛伏期延遲。DOI 等[30]利用視覺Oddball 范式對(duì)創(chuàng)傷性顱腦損傷2 年后的患者進(jìn)行情緒面孔檢測,也得到了類似的結(jié)果,此外,還發(fā)現(xiàn)顱腦損傷患者觀察微笑和哭泣面孔時(shí)的P300 振幅差也較正常對(duì)照組減小。李暉[31]利用情緒圖片辨別檢測序列,對(duì)20 名健康人及22 名顱腦損傷半年以上的患者進(jìn)行視覺ERP 檢測,發(fā)現(xiàn)較對(duì)照組,腦外傷組的P300 振幅表現(xiàn)與先前研究基本一致,并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),面對(duì)憤怒表情,腦外傷組的N200 振幅增高、潛伏期延長,提示顱腦損傷患者對(duì)負(fù)面情緒的腦部反饋及加工強(qiáng)度增加,同時(shí)調(diào)節(jié)能力減弱,印證了N200 是反應(yīng)大腦對(duì)負(fù)性情緒認(rèn)知加工強(qiáng)度的電生理指標(biāo)。目前情緒面孔加工相關(guān)研究主要集中于神經(jīng)腦科學(xué)領(lǐng)域,法醫(yī)學(xué)相關(guān)研究較少,可能是未來法醫(yī)學(xué)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。
記憶障礙是創(chuàng)傷性顱腦損傷后最常見的認(rèn)知障礙[32],最明顯的表現(xiàn)是學(xué)習(xí)新事物的能力受損,而顱腦損傷后記憶障礙與智能障礙是法醫(yī)學(xué)殘疾等級(jí)評(píng)定的重要指標(biāo)。在司法鑒定實(shí)踐中,被鑒定人為爭取更多的經(jīng)濟(jì)賠償?shù)壤?,可能存在夸大或偽裝記憶障礙的情況,導(dǎo)致結(jié)果可信度差。ERP 具有無創(chuàng)性和客觀性,可從神經(jīng)電生理的角度分析大腦認(rèn)知加工過程,在鑒別偽裝方面具有重要的研究意義。
1996 年,ELLWANGER 等[33]在利用P300 對(duì)記憶偽裝的研究中發(fā)現(xiàn),對(duì)于熟悉的單詞和自身信息等記憶項(xiàng)目,即使口頭否定,相應(yīng)的P300 振幅仍然高于非記憶項(xiàng)目,由此可判定被試者是否進(jìn)行了偽裝。在完成任務(wù)測試的過程中,偽裝記憶障礙的患者常會(huì)企圖做出與預(yù)判相反的抉擇。研究表明:欺騙行為下,反應(yīng)時(shí)間延長,前額葉腦活動(dòng)增加[34],且大腦在執(zhí)行不同類型任務(wù)(如欺騙)時(shí),特定神經(jīng)元的活動(dòng)在腦地形圖上可呈現(xiàn)出P300 差異性分布[35]。NEAL 等[36]在一項(xiàng)在對(duì)視覺新舊記憶任務(wù)的研究中發(fā)現(xiàn),面對(duì)舊圖片時(shí),與創(chuàng)傷性顱腦損傷患者相比,偽裝記憶缺失者左額部F3、FP1 及右額部F4 位點(diǎn)P300 潛伏期顯著延遲;同時(shí)腦地形圖顯示,250~400 ms 時(shí)期,偽裝者面對(duì)舊圖片時(shí)其左額葉腦活動(dòng)減小,明顯向右額葉集中,呈現(xiàn)出額葉分布不對(duì)稱的情況,與真實(shí)患者的額-頂-枕對(duì)稱分布明顯不同。因此,合理應(yīng)用ERP 范式,結(jié)合腦地形圖、反應(yīng)時(shí)間、行為正確率等指標(biāo),有望為評(píng)判輕-中型顱腦損傷患者有無記憶偽裝提供客觀證據(jù)。
目前,視覺神經(jīng)電生理技術(shù)是法醫(yī)學(xué)視功能客觀評(píng)價(jià)的主要手段,其中視覺誘發(fā)電位(visual evoked potential,VEP)技術(shù)對(duì)視敏度評(píng)估有著重要意義。VEP是利用閃光或圖形刺激,在注意狀態(tài)下誘發(fā)并可在枕葉頭皮表面記錄到的電信號(hào),反映了視網(wǎng)膜到大腦枕葉皮質(zhì)視覺通路的完整性以及視覺信息在初級(jí)視皮層的加工過程,對(duì)于眼底或視神經(jīng)損傷所致的視敏度降低較為敏感,具有定位損傷以及評(píng)估視敏度等作用,是目前法醫(yī)學(xué)鑒定中應(yīng)用最廣、最為成熟的客觀檢查手段。但是,針對(duì)皮質(zhì)盲[37](大腦枕葉紋狀區(qū)的視覺中樞發(fā)生損傷或病變導(dǎo)致的視覺感知功能障礙,患者仍然存在部分視網(wǎng)膜-視神經(jīng)-初級(jí)視皮層的完整通路)以及不僅存在視敏度降低,還存在對(duì)運(yùn)動(dòng)或形態(tài)的整體感知障礙等視覺缺陷[38]的部分弱視患者,VEP 對(duì)上述視功能障礙的檢測缺乏敏感性,而視覺ERP 的價(jià)值將更加凸顯。
一般情況下,利用視覺ERP 評(píng)估視功能的機(jī)制為:視功能正常與異常者對(duì)視覺目標(biāo)刺激的辨認(rèn)和感知能力不同,相應(yīng)的,其大腦高級(jí)中樞對(duì)刺激的主動(dòng)識(shí)別、加工過程反映在頭皮表面即表現(xiàn)為各內(nèi)源性成分的振幅和(或)潛伏期等指標(biāo)的差異,以及ERP 地形圖中相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)電活動(dòng)差異。與VEP 僅能反映部分視覺通路的特性相比,視覺ERP 能夠更加全面地反映被試者完整的視覺神經(jīng)通路情況。理論上,視覺ERP 不僅對(duì)各類損傷引起的視敏度降低具有與VEP 相同的評(píng)價(jià)效果,還可以進(jìn)一步結(jié)合皮層活動(dòng)情況探究被試者高級(jí)皮質(zhì)功能異常所致的視功能缺陷。
2010 年,HEINRICH 等[39]利用改良的視覺Oddball范式對(duì)11 名被試者進(jìn)行裸眼和人為降低視敏度至同一水平情況下的P300 測試,隨著光柵空間頻率的升高,P300 波形大多在4.2 cpd 到8.3 cpd 刺激之間呈現(xiàn)出由明顯引出到完全消失的變化,反映了被試者由“可辨認(rèn)”到“不可辨認(rèn)”的過程。MENG 等[40]在非注意條件下利用視覺Oddball 范式檢測了單眼不同視敏度的15 名被試者vMMN、P3a 等成分,發(fā)現(xiàn)vMMN 和P3a僅被閾值、閾上視敏度的視標(biāo)誘出,兩種視覺刺激情況下的vMMN 振幅無明顯差異,而閾上視敏度P3a 振幅較閾值水平大。該研究認(rèn)為,vMMN 振幅可作為視敏度閾值自動(dòng)檢測的指標(biāo),P3a 振幅可進(jìn)一步反映大腦處理閾值和閾上刺激的差異。BEUSTERIEN 等[41]模擬弱視和白內(nèi)障兩種視敏度降低的情況,利用不同空間頻率下靶刺激與非靶刺激誘發(fā)的P300 振幅差,測得兩種情況下的客觀視敏度,進(jìn)一步推導(dǎo)得出預(yù)測視敏度,并與實(shí)際主觀視敏度進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn):(1)兩種情況下測得的客觀視敏度不存在明顯差異,說明P300 在客觀反映兩種視敏度降低情形上具有一致性;(2)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)得出的預(yù)測視敏度與主觀視敏度差異較?。鄄町惙謩e為(0.08±0.01)logMAR 與(0.11±0.02)logMAR]。上述研究體現(xiàn)了vMMN 與視覺P300 振幅具有反映客觀視敏度指標(biāo)的能力。
伍葉等[42]利用視覺Oddball 范式對(duì)視力水平相近的屈光參差性弱勢眼、對(duì)側(cè)眼、正常眼分別進(jìn)行ERP檢測,發(fā)現(xiàn)弱視患者的弱視眼經(jīng)高空間頻率光柵刺激所誘發(fā)的P3b 波潛伏期較正常眼延長,說明弱視患者對(duì)刺激的認(rèn)知、加工所需時(shí)間更多,結(jié)合低分辨率腦電磁斷層掃描成像技術(shù)轉(zhuǎn)換的腦影像融合模擬圖,溯源、分析后發(fā)現(xiàn)弱視眼各空間頻率上BA17、18、19 區(qū)激活均有減弱的表現(xiàn),證實(shí)屈光參差性弱視患者的中晚期視覺加工能力存在一定程度的損害。此類研究表明,視覺ERP 在明確初級(jí)視皮層及之后的視覺加工過程方面有一定的研究價(jià)值,而從法醫(yī)學(xué)角度出發(fā),尚需大量實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步證實(shí)其應(yīng)用價(jià)值。
ERP 在我國法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域仍處于研究的初始階段。近年來,利用視覺ERP 技術(shù),從不同角度探索認(rèn)知功能、視功能等客觀評(píng)價(jià)方法,是其在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容。視覺ERP 同時(shí)也存在著明顯的不足:首先,從研究者的角度出發(fā),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)欠規(guī)范,各成分時(shí)間窗的設(shè)定存在分歧,研究者間缺乏共識(shí),同時(shí)存在缺少公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)值等基礎(chǔ)指標(biāo)的問題;其次,從該技術(shù)自身角度出發(fā),與VEP 等成熟的視覺電生理技術(shù)相比,視覺ERP 存在神經(jīng)傳導(dǎo)通路不詳,波形起源尚未完全研究確切,影響因素眾多,結(jié)果可靠性弱;第三,操作復(fù)雜,一些難度較大的任務(wù)不適用于智力較低或主觀不配合檢查的被試者,同時(shí)該檢查耗時(shí)長,導(dǎo)致工作效率低、被試者易疲勞等缺陷,限制了其在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
然而,ERP 有著時(shí)間分辨率高、無創(chuàng)、客觀等獨(dú)特的電生理學(xué)優(yōu)勢,可以連續(xù)、客觀地記錄大腦對(duì)視覺信息的加工過程,應(yīng)用范圍廣,在顱腦損傷后精神智能損害、視覺功能障礙甚至失語等的客觀檢測方面均有廣闊的研究前景。法醫(yī)學(xué)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科,未來可以從以下幾個(gè)方面對(duì)視覺ERP 進(jìn)行深入探索:根據(jù)不同的研究目的,探究簡單、可行性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)范式,考慮到不同情況的被鑒定人對(duì)任務(wù)難度的接受程度以保證檢查方法的普遍適用性;聯(lián)合應(yīng)用多種客觀檢查方法,綜合研究以及全面評(píng)估視覺、認(rèn)知等功能障礙;獲取正常人不同任務(wù)下各成分的潛伏期、波幅等數(shù)據(jù),制定法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),以及建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫等。隨著神經(jīng)科學(xué)研究的進(jìn)步,ERP 技術(shù)有望成為誘發(fā)電位技術(shù)的補(bǔ)充與延伸,并成為評(píng)定顱腦損傷相關(guān)后遺癥的客觀輔助手段,為法醫(yī)學(xué)鑒定實(shí)踐提供可靠證據(jù)。