相关视觉刺激抑制听觉相关电位研究

刘佳浩梁茂金张雪媛蔡跃新陈玲郑亿庆杨海弟陈穗俊张志钢李小兰黄茵莉中山大学孙逸仙纪念医院耳鼻喉科中山大学听力与言语疾病研究所



相关视觉刺激抑制听觉相关电位研究

刘佳浩梁茂金张雪媛蔡跃新陈玲郑亿庆＊杨海弟陈穗俊张志钢李小兰黄茵莉
中山大学孙逸仙纪念医院耳鼻喉科中山大学听力与言语疾病研究所

【摘要】目的通过视（口形）－听（声音）联合刺激的事件相关电位（ERP）的研究，结合脑地形图分析，探讨视-听联合刺激的皮层处理相互关系。方法收集正常青年志愿者19名，年龄22－30岁，予行标准刺激（元音[a]）和变异刺激（元音[i]）的视－听联合刺激及单独视觉、单独听觉刺激ERP检查。比较三种刺激条件下诱出的ERP的差异。结果视－听联合标准刺激能诱发视觉刺激N1波和N2以及听觉刺激在600ms左右出现的正向波（P1波）。视－听联合刺激与单纯视觉刺激诱出的波形一致性较好，潜伏期、波幅均无显著差异。但视－听联合刺激的听觉P1波较单纯听觉刺激P1波的波幅减弱(P＝0.04)，且脑地形图显示视－听联合刺激的听觉P1波分布向视觉中枢靠近。结论视觉刺激对同意义听觉反应有抑制作用，且相关视觉刺激能使听觉刺激激活的区域向视觉靠近，提示在听觉康复训练过程中，可能避免视觉刺激（唇读）的康复效果更佳，但相关的研究需要进一步的深入。

【关键词】视听联合刺激；事件相关电位；皮层可塑性

Conflicts of Interest and Source of Funding:This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (to Y.Z.,Grant No.81170921).For the remaining authors none were declared.

既往对单独听觉及视觉事件相关电位(ERP)的研究均比较多。然而，越来越多的研究显示视－听皮层存在相互影响，并且与听觉发育密切相关[1][2]。本研究拟通过用128导脑电探讨视－听联合刺激模式事件相关电位的特点及视-听皮层处理相关关系。

1　资料与方法

1研究对象

正常青年健康志愿者19名。其中男性8例，女性11例；年龄22－30岁，平均年龄28.4±8.8岁。

所有受试者纯音听阈检测均小于25dB HL（GSI 61，250～8000Hz倍频程听阈）；声导抗为A型鼓室图（GSI 33 Version 2，226Hz探测音）。视力正常或矫正后视力正常。否认精神病史或正在使用精神兴奋或抑制药物，否认耳毒性药物的摄入和职业噪音暴露；否认酒精、药物滥用史。

2　ERP检测

2.1刺激材料

实验刺激包括活动视觉刺激和听觉刺激。刺激分3组：第一组（视－听联合刺激）：标准刺激（口形[a]+发音[a]，占85%，419ms后开始发音刺激，见图1），变异刺激（口形[i]+发音[i]，占15%，415ms后开始发音刺激；第二组（视觉刺激，第一组刺激去除声音）：标准刺激（口形[a]，占85%），变异刺激（口形[i]，占15%）；第三组（听觉刺激，第一组刺激去除视觉）：标准刺激（发音[a] ,占85%），变异刺激：（发音[i]，占15%）。刺激模式均为伪随机作业，其中第一个差异刺激前有40个标准刺激，每个差异刺激前有1个（第一组）或1个以上（第二、三组）标准刺激。标准刺激持续时间1400ms，刺激间隔1000ms，总次数为1000次。所有刺激经Eprime 2.0软件（Psychology Software Tools,Inc.，USA）控制，屏膜中央显示口形活动，声场给声，双耳刺激，声音通过扬声器调整至舒适阈。

图1　视－听联合刺激模式图a:刺激[a]口型　b:刺激[a]的波形图，419ms后开始声音刺激Figure 1.Audiovisual stimulusa:the mouth shape of [a] b:audiogram of the sound of [a] stimulus from 419 ms

2.2检查过程

采用美国EGI公司128导脑分析仪（EGI,USA）。检查前与受试者充分沟通，交待检查的目的和注意事项，消除的顾虑。测试在声电屏蔽室内进行。要求测试时受试者采取坐位并保持清醒状态，实验过程中，要求受试者放松心情，端正地坐在距显示器75 cm的位置，少眨眼，头尽量保持不动。按EGI公司的网状电极帽使用手册戴好128导电极帽，检测电极与皮肤间阻抗< 40kΩ后开始测试[3]。用Net Station（EGI，USA）记录系统同步的脑电图（Elec⁃troencephalograph,EEG）数据。检查过程分为二部分，中间让受试者休息10分钟。

检查结束后，对记录的EEG数据用Net Station分析系统进行离线分析，经过滤波(0.1Hz~30Hz)、脑电分段（epoch，-100ms~+1000ms）、去除伪迹（artifact re⁃jection）（眼动、睁眼、坏电极）、去除坏电极（bad chan⁃nels replacement）、叠加平均(average)、全脑平均参考电极（average reference）、基线校正（baseline correc⁃tion)及差异波计算等八个步骤对数据进行处理[4][5]。

2.3波形的判定及结果分析

对全脑电极在0~1000ms间寻找偶极子反应区。在标准刺激与差异刺激上，如果出现明显的偶极子反应，则确定为反应波形，并分析其峰潜伏期、波幅、脑地形图、源定位位置与强度差异。

3　统计学方法

采用SPSS 13.0统计学软件对数据进行分析，所有数据均用均值±标准差（x±s）表示，独立样本t检验或配对t检验，P<0.05为有统计学差异。

4　结果

19名受试者中，13名接受视－听联合刺激（第一组），余6名接受视觉刺激和听觉刺激（第二组，第三组）。由于3名接受视－听联合刺激及1名接受视觉、听觉刺激受试者数据分析过程中有效的记录分段较少，予去除。即视－听联合刺激（第一组）有效例数为10例，视觉和听觉刺激的有效例数各为5例。

如图2所示，视－听联合标准刺激能诱发视觉刺激N1波和N2以及听觉刺激在600ms左右出现的正向波。ERP波的潜伏期与波幅见表1，结果显示视听联合刺激诱发的N1波形与单纯视觉刺激诱出的波形一致性较好，潜伏期、波幅均无显著差异。单纯听觉刺激时在600ms左右出现正向波，由于听觉刺激开始于419ms，因此被认为是听觉反应的P1波。研究发现视听联合刺激在此区域也出现600ms后的正向波，并且与单纯听觉刺激相比波幅绝对值减弱（P＝0.04）。脑地形图显示单纯的听觉刺激反应的P1波分布在顶－颞区，而视－听联合刺激听觉反应的P1波分布在枕－顶区域，向视觉中枢靠近。而视听联合刺激诱发的N2波形与单纯视觉刺激相比波幅减弱（P=0.045)。

图2　视－听联合刺激与单视觉、单听觉刺激ERP比较（组平均），视听联合刺激诱发的P1波与单纯听觉刺激相比波幅绝对值减弱a:视－听联合刺激，诱发视觉刺激N1波和N2以及听觉刺激在600ms左右出现的正向波。b:单纯视觉刺激，诱发视觉刺激N1波和N2。c:单纯听觉刺激，由于听觉刺激开始于419ms，因此600ms左右出现的正向波被认为是听觉反应的P1波。Figure2.ERP comparisons:Audiovisual stimulus vs.visual stimulus vs.auditory stimulus (average results),P1 amplitude evoked by Audiovisual stimulus was lower than that evoked by auditory stimulus alonea:In audiovisual stimulus,N1 and N2 evoked by visual stimulus and positive wave evoked by auditory stimulus around 600 ms.b:N1 and N2 evoked by visual stimulus alone c:In auditory stimulus,the positive wave around 600 ms is regarded as P1 evoked by auditory stimulus as the auditory stimulus started at 419 ms.

5　讨论

事件相关电位(event related potentials,ERP)指给予神经系统特定的刺激，使大脑对刺激的信息进行正性或负性加工，在大脑的相应部位产生与刺激有相对固定时间间隔(“锁时关系”)和特定位相的生物电反应。因其具有时间分辨率高、无创性以及能锁时性的反映神经活动的动态过程等特点，被誉为“观察脑高级功能的窗口”[3,4,5]。

既往关于听觉及视觉ERP的研究均比较多，然而，越来越多的研究显示视－听皮层相互影响[2][6][7]，并且与听觉发育密切相关，但相关的报道较少。已发现的ERP成分主要有皮层慢反应P1-N1- P2、失匹配负波（MMN）、N2b-P3b（P300)、N400等[8]。P300，N400需要受试者的配合，涉及反应内容较复杂，因此限制了其应用范围。研究显示P1的潜伏期被认为是听觉中枢成熟的生理学标志[9,10-13]，其常用于听觉发育、特别是人工耳蜗术后发育的评估，因其能反映脑高级处理过程，因此也常用于脑中枢发育的评估。

表1　视－听联合刺激与单纯视觉、单纯听觉刺激的潜伏期、波幅的比较Table 1 Comparison of ERP latency and amplitude of audiovisual stimulus,visual stimulus and auditory stimulus

本研究发现视听联合刺激与单纯听觉刺激相比，其在600ms左右出现的正向波波幅绝对值减弱，且脑地形图显示单纯的听觉刺激反应的P1波分布在顶－颞区，而视－听联合刺激听觉反应的P1波分布在枕－顶区域，向视觉中枢靠近。王明时[14]等分析视觉单一刺激、听觉单一刺激和视听双模式刺激诱发脑电中的gamma节律也揭示这种模式的存在：gamma节律在视听交叉模式下的活动规律也体现了人脑在多感觉模式下感觉的交叉与综合。其报导在听力信号刺激后100～200ms左右出现了gamma活动增强,认为gamma波活动可能与大脑对声音信号的感知有关。赵丽娜[15]等采用128导脑电采集系统，研究18~29岁正常人视觉、听觉脑区在认知过程中的同步性，发现在视听觉同时利用模式下，视觉脑区和听觉脑区之间的同步指数明显大于与其他脑区间的同步指数，表明人在感知和认知事物时，相关的脑区间自动产生了神经活动的同步化。然而王悟夷[16]等通过比较研究视体联合靶刺激和视、体单独靶刺激的行为学和ERP结果，发现视体联合刺激双模增进作用。因此认为，脑区可能存在多个交互模式，部分可能有协同作用，部分则相互抑制[17]。结果发现视-听联合刺激听觉P1波较单纯听觉刺激P1波的波幅减弱，且脑地形图显示视-听联合刺激的听觉P1波分布向视觉中枢靠近，说明视觉刺激对同意义听觉刺激为抑制作用。

Sandmann[18]等报道全聋患者视觉刺激的听觉皮层活跃区域越大，则术后听觉恢复越差，并且术后听觉恢复情况与听觉刺激的活跃区密切相关。Doucet[19]等发现人工耳蜗恢复良好的患儿的听觉刺激皮层区域比恢复不良的大，并且在视觉皮层区有相关的活跃区域。说明视－听皮层存在交互可塑性，并且视觉的处理可能会抑制听觉的发育。目前并未有文献表明视听联合刺激会对视觉刺激产生轻微抑制作用，研究结果也发现视听联合刺激与单纯视觉刺激诱出的N1波波形一致性较好，潜伏期、波幅均无显著性差异，结果中视听联合刺激N2波幅降低，推测的原因可能是受试者测试开始后已明确自己的测试内容，导致视听联合刺激组受试者在一定时间间隔内会潜意识地寻找声音，进而导致视觉处理减弱的现象。可能听觉的出现也会对视觉的处理有一定的抑制作用。本研究采用了视－听联合刺激，研究发现听觉刺激诱出的反应明显迟于视觉刺激。这与声音刺激开始时间迟于视觉刺激有关（约延迟419ms左右），但更为接近实际交流的情况。结果亦显示相关视觉刺激可抑制听觉的处理，因此提示在听觉康复训练过程中，可能避免视觉刺激（唇读）的康复效果更佳，但相关的研究需要进一步的深入。

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·临床研究·

Related visual stimuli inhibit auditory processing:evidence from event-related potentials

LIU Jiahao ,LIANG Maojin ,ZHANG Xueyuan ,CAI Yuexin ,CHEN Ling ,ZHENG Yiqing ,YANG Haidi ,CHEN Suijun ,ZHANG Zhigang ,LI Xiaolan ,HUANG Yinli
Department of Otolaryngology,Sun Yat-sen Memorial Hospital,and Institute of Hearing and Speech-Language Science,Sun Yat-sen University,Guangzhou,China
Corresponding author:ZHENG YiqingEmail:yiqingzheng@hotmail.com

【Abstract】Objective This study is to investigate the interaction in visual and auditory cortical processing,through audiovisual stimulus ERP combined with topomapping and source analysis.Methods Nineteen normal young volunteers were recruited,aged from 22-30 years.All the subjects undertook audiovisual (vowel [a] vs.vowel [i]),as well as visual and auditory ERP tests.ERP waves under different stimuli were compared.Results Audiovisual stimuli evoked visual N1 and N2,and also a positive wave at about 600 ms.Visual stimulus evoked ERPs were consistent with the visual part of responses to auditory visual stimuli.However,P1 amplitude evoked by audiovisual stimuli was lower than that evoked by auditory stimuli alone (p= 0.04),and topomapping showed that its distribution was close to the visual cortex.Conclusions Related visual stimuli appear to inhibit auditory responses,and cause the auditory response active areas to shift toward the visual response area.The results suggest that in the process of hearing rehabilitation training,avoiding visual stimuli (lip reading) may improve outcomes,although further research is very much needed.

【Key Words】audiovisual combined stimulus; event related potential; cortical plasticity.

收稿日期：（2015-10-09审核人：于黎明）

通讯作者：郑亿庆，Email:yiqingzheng@hotmail.com

作者简介：刘佳浩，硕士，研究实习员，研究方向:听力学与言语疾病刘佳浩和梁茂金并列第一作者

基金项目：国家自然科学基金资助项目（81170921）

DOI:10.3969/j.issn.1672-2922.2016.01.011

【中图分类号】R764.44

【文献标识码】A

【文章编号】1672-2922（2016）01-53-4