不同强度非靶刺激声对听觉事件相关电位P300的影响*

景艳　陈睿春　梁建平



·临床研究·

不同强度非靶刺激声对听觉事件相关电位P300的影响*

景艳1陈睿春1梁建平1

【摘要】目的比较不同强度非靶刺激声诱发的听觉事件相关电位(auditory event-related potential,AERP)P300波潜伏期和幅值，探讨相同频率刺激声条件下诱导典型P300波形所需的靶刺激和非靶刺激声强度。方法对20例健康青年志愿者，均采用相同的短纯音靶刺激声( 1 kHz，60 dB nHL)和三种不同强度(50、65、70 dB nHL, 1 kHz)的非靶刺激声(短纯音)进行3次AERP测试，比较其P300的潜伏期和幅值。结果每例受试者均能诱发出P300，70、65、50 dB nHL非靶刺激声强度下，P300潜伏期分别为316.25±21.16、320.83±22.64、318.44±25.82 ms, 差异无统计学意义(P>0.05)；幅值分别为5.02±2.04、7.42±2.58、3.54±2.23 μV，65 dB nHL所诱发的P300幅值显著大于70和50 dB nHL所诱发的幅值，差异有统计学意义(P<0.01)，70和50 dB nHL所诱发的P300幅值差异无统计学意义(P>0.05)。结论改变非靶刺激声强度对P300波潜伏期无明显影响，但能显著改变幅值；相同频率刺激声条件下，靶刺激和非靶刺激声强度分别为60 dB nHL和65 dB nHL时能诱发出典型的P300波形。

【关键词】听觉事件相关电位；P300；诱发电位；声刺激

听觉事件相关电位(auditory event-related potential，AERP)是在不同声刺激后50至500 ms之间出现的脑电反应，包括P1、N1、P2、N2、P3等成分，因P3潜伏期在300 ms左右，故也称为P300；推测其来源于额叶和颞叶的皮层下结构，反映受试者大脑对声信息的初步认知加工能力，如信息处理、反应能力、注意、判断和工作记忆等认知功能，可作为判断大脑高级功能的一种客观检测指标，在认知学领域及临床研究中具有广阔的应用前景。P300是AERP最主要的内源性成分，其受任务难度、刺激模式等影响较大，而受刺激声本身物理特性影响较小。研究发现，刺激声强度在一定范围内与P300波潜伏期成反比[1,2]，但刺激声强度对P300幅值的影响仍然存在争议。本研究以相同强度靶刺激声和不同强度非靶刺激声对正常人进行AERP测试，探索不同强度非靶刺激声对P300波潜伏期和幅值的影响，以获得诱发正常成人P300波形的适宜强度的刺激声组合模式。

1资料与方法

1.1研究对象选择健康青年志愿者共20例为研究对象，均来自医学院学生，其中男8例，女12例，年龄20～28岁，平均24.3岁；身体健康，均为右利手，无听觉系统、神经系统疾病史及精神障碍，无智能缺陷，1个月内无药物服用史，测试前行电耳镜检查外耳及鼓膜未见异常，纯音测听示双耳250～8 000 Hz各频率听阈≤20 dB HL。

1.2AERP检测方法测试采用丹麦otometrics公司chart听觉诱发电位仪，在声电屏蔽室内进行测试(符合GB/ T16403- 1996要求)。测试前告知受试者测试目的、方法及相关注意事项，确保受试者配合完成测试。用皮肤清洁膏去角质后贴放一次性电极，参考电极接于左侧乳突表面(左耳为测试耳)，记录电极接于前额正中，接地电极接于右侧乳突表面，头皮与电极间的阻抗<3 kΩ。测试时受试者取坐位，全身肌肉放松，闭目，始终保持头脑清醒并集中注意力。头戴式耳机，双耳给声，采用oddBall刺激序列，该序列由高概率、重复出现的非靶刺激声和低概率的靶刺激声组成。受试者熟悉声刺激序列并能对靶刺激与非靶刺激进行准确辨别后开始测试，令其选听靶刺激声，并用心计算靶刺激声出现的总次数，每次测试结束核对记录计数结果。每例受试者均用相同强度、频率的短纯音靶刺激声(60 dB nHL, 1 kHz)和强度不同(50、65、70 dB nHL, 1 kHz)的三种短纯音非靶刺激声进行3次测试，强度先后顺序按随机数字表决定，得到3种不同给声强度下的AERP波形。在两次测试之间，受试者休息5 min，以避免疲劳影响后续测试。参数设置：靶刺激声与非靶刺激声出现概率比为20：80，均为短纯音，刺激速率为0.9次/秒，刺激时程均为50 ms，其中上升时间及下降时间均为10 ms，平台期为30 ms，带通滤波范围为1～30 Hz，增益为100 000，扫描时间500 ms，刺激声相位为交替波。靶刺激诱发的反应共叠加50次[3]。

完成测试后，根据潜伏期和峰幅值特点，对P1、N1、P2、N2、P3波进行识别和标注。在50～150 ms正向最大幅值的波形为P1，位于80～180 ms的最大波谷为N1，在150～250 ms正向最大幅值的波形为P2，位于180～350 ms的最大波谷为N2，在250～500 ms正向最大幅值的波形为P3(即P300)[4]。本研究主要统计P300的潜伏期及幅值，由于AERP波形的基线漂移较大，本文采用N2-P3峰谷幅度差值代替P300波幅值，当P3波出现双峰波时(如图1中低强度组)，潜伏期和幅值取P3a和P3b的平均值。

图1　三种刺激声强度诱发的P300波形

上、中、下图非靶刺激声强度分别为70、65、50 dB nHL

1.3统计学方法采用SPSS 13.0软件包进行统计学处理，组间数据比较采用单因素方差分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

20例受试者均能容易、准确地分辨靶刺激与非靶刺激(准确率均>95%)，受试者良好配合时(避免眼球转动、颈部活动，集中注意力等)均可诱发出AERP波形。根据靶刺激诱发的AERP在250～400 ms可见明显正波(即P300)，而非靶刺激诱发的AERP在N2后的250～400 ms处无相应正波，可以判定成功诱发P300。

三种强度非靶刺激声下P300的波潜伏期较稳定，但振幅的差异较大(表1、图1)，三种强度下P300波潜伏期的差异无统计学意义(F=0.33，P>0.05)，幅值差异有统计学意义(F=7.21，P<0.01)，说明改变非靶刺激声强度对幅值有显著影响，而对潜伏期无显著影响。用LSD法进行多组间幅值差异的比较发现:65 dB nHL强度所诱发的P300幅值显著大于70和50 dB nHL声强诱发的P300幅值(P<0.05)，而后2种声强诱发的P300幅值差异无统计学意义(P>0.05)。

表1　三种非靶刺激声强度下P300波的潜伏期

3讨论

目前测试AERP普遍采用经典的“怪异的刺激串”(oddball paradigm)随机模式的纯音刺激，受试者在一系列预期的刺激(非靶刺激)中计算那些出现较少的非预期的声刺激(靶刺激)，P300反应即为大脑对非靶刺激声的注意和靶刺激声差异的识别所引起的脑诱发电位[3]。由于以高频声诱发的AERP最稳定，临床检测中常选用高频短声或短纯音为刺激声。本研究发现在刺激声频率相同(1 kHz)的条件下，通过改变非靶刺激声强度，也能获得典型的P300波形。高频听力下降患者也能准确分辨这些1 kHz的刺激声，如果进行AERP检测，可能也可以获得更稳定和更容易识别的P300波形。

相对于易受物理刺激特性影响的外源性成分，P300与内源性成分和认知功能关系更密切，其反映脑部主观注意时的认知功能，而不是刺激声本身的物理特性差异[5,6]。然而，近年来大量研究发现P300仍会受刺激声强度变化的影响，Hillyard等[7]研究发现当阈上刺激声强度增加时，P300波潜伏期随之缩短，而当刺激声强度接近受试者听阈时，P300波形也趋向于平坦；Salisbury等[1]发现刺激声的强度、刺激间隔等参数能影响P300波潜伏期，而且在背景噪声存在时，P300波潜伏期延长。欧阳天斌等[2]发现，在40～70 dB SL范围内P300潜伏期随刺激声强度增加而缩短，推测其潜伏期与受试者对刺激做出辨别时所需的皮质突触数量相关，任务难度越大所需的皮质突触数量越多，相应的潜伏期越长，而非刺激声强度本身的作用。本研究中测试的靶刺激声强度相同(均为60 dB nHL)，主要与非靶刺激强度有关，非靶刺激声强度不同，P300波潜伏期无明显差异，表明其潜伏期受非靶刺激声强度的影响不大。

国内外研究者对刺激声强度与P300幅值的关系有较大争议，有学者认为P300幅值的变异较大，可靠性不如潜伏期，刺激声强增加引起P300幅值变化没有统计学意义[8,9 ]。但Lindin等[10]认为刺激声强度越大，受试者处于高度觉醒状态，对靶刺激任务的注意就越集中，P300幅值也越高，原因可能是P300波幅受到刺激声的物理参数和主观识别靶刺激的任务难度的双重影响，而刺激声的物理属性本身也是判定任务难度的因素之一[6,10]。本研究发现非靶刺激声强度为65 dB nHL所诱发的P300幅值显著大于70和50 dB nHL诱发的P300幅值，而后两种声强P300的幅值差异无统计学意义(P>0.05)。说明P300幅值的变化不是直接受非靶刺激强度变化的影响，而是与靶刺激与非靶刺激之间的声音强度差有关，幅值随着强度差增加而减小，如本研究中非靶刺激声为65 dB nHL时靶刺激声与非靶刺激声强度差更小，相对任务难度大于另外两组(大脑不一定有意识地感知了这种变化)，在进行识别时需要更多中枢神经元参与和激活，进而产生更强的脑电反应和更大的P300幅值。

随着AERP研究的深入，P300作为判断大脑高级功能和听觉中枢功能的客观指标日益受到重视，已有报道其用于人工耳蜗植入术后听力和言语认知水平、噪声下言语识别的客观评估[11,12]。但诱发P300反应要求受试者在清醒状态下对刺激声进行辨别，并能对特定的刺激信息作出反应，限制了其在临床的应用。本实验用不同强度的非靶刺激声诱发正常人AERP，得到典型的P300波形，结果显示，非靶刺激声强度对P300波潜伏期无明显影响，但对P300幅值有影响，靶刺激和非靶刺激声强度分别为60 dB nHL和65 dB nHL时能诱发出典型的P300波形；为深入探讨大脑皮层听觉认知过程和P300的产生机制提供了依据，但刺激声影响P300波的具体机制还有待今后进一步研究。

(致谢：感谢广州玮思仪器科技公司林绍琮工程师在实验过程中给予的帮助！)

4参考文献

1Salisbury DF, Desantis MA, Shenton ME, et al. Effect of background noise on P300 to suprathreshold stimuli[J]. Psychophysiology, 2002, 39:111.

2欧阳天斌, 梁勇, 李苏卫. 纯音和言语刺激声强度对听觉事件相关电位的影响[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2008, 22: 4.

3李兴启, 卢云云. 听觉诱发电位(AEP)的神经生物学基础及临床应用[J]. 听力学及言语疾病杂志,2007, 15: 254.

4Garinis AC, Cone-Wesson BK. Effects of stimulus level on cortical auditory event-related potentials evoked by speech[J]. Am Acad Audiol,2007,18:107.

5Sutton S, Braren M, Zubin J, et al. Evoked potential correlates of stimulus uncertainty[J]. Science, 1965, 150:1187.

6Donchin E, Coles MGH. Is the P300 component a mani-festation of cognitive updating?[J]. Behavioral and Brain Sciences, 1988, 11: 357.

7Hillyard SA, Squires K, Bauer J, et al. Evoked potential correlates of auditory signal detection[J]. Science, 1971, 172:1357.

8Hong JS, Lee JH, Yoon YH, et al. The assessment of reliability of cognitive evoked potential in normal person[J]. Ann Rehabil Med,2013,37:263.

9Hall MH, Schulze K, Rijsdijk F, et al. Heritability and reliability of P300, P50 and duration mismatch negativity[J]. Behav Genet, 2006, 36:845.

10Lindin M1, Zurron M, Diaz F. Stimulus intensity effects on P300 amplitude across repetitions of a standard auditory oddball task[J]. Biol Psychol, 2005, 69:375.

11Finke M, Sandmann P, Kopp B, et al. Auditory distraction transmitted by a cochlear implant alters allocation of attentional resources[J]. Front Neurosci,2015, 9: 68.

12Soshi T, Hisanaga S, Kodama N, et al. Event-related potentials for better speech perception in noise by cochlear implant users[J]. Hear Res, 2014, 316:110.

(2015-08-10收稿)

(本文编辑周涛)

The Effects of Different in Nontarget Stimulus Intensity on Auditory Event-related Potential P300

Jing Yan, Chen Ruichun, Liang Jianping

(Department of Otolaryngology , the People’s Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning， 530021, China)

【Abstract】ObjectiveTo compare the latency and amplitude of normal subject's auditory event-related potentials(AERP) via P300 evoked by same target stimulation and different intensitve non target stimulation, and to explore the appropriate intensity of target and nontarget stimulus which evoke typical P300 at the same frequency.MethodsA total of 20 normal young volunteers were induced in this study. Each subject received 3 AERP tests, respectively by the same tone burst target stimulus(60 dB nHL, 1 kHz) and different intensity levels for the non target stimulus(50, 65, 70 dB nHL, and 1 kHz), and the latency and amplitude of 3 group's P300 were compared.ResultsIn all cases, P300 was successfully induced. The latencies of 3 group's P300 were 316.25±21.16 ms,320.83±22.64 ms,318.44±25.82 ms (P>0.05)，respectively and the amplitudes of 3 group's P300 were 5.02±2.04 μV，7.42±2.58 μV，3.54±2.23 μV (P<0.01),respectively.The amplitude of the moderate intensity group was greater than the high intensity group and low intensity group, and the amplitude differences were not statistically significant between the high and the low intensity groups.ConclusionDifferent intensity levels of nontarget stimulus do not affect the latency of P300, but significantly affect the amplitude. Along with the decreasing of the intensity difference of target and nontarget stimula, the P300 amplitude raise gradually. A typical P300 is induced at the same frequency when the target stimuli and non target stimuli are 60 dB nHL and 65 dB nHL respectively.

【Key words】Auditory event-related potential;P300;Evoked potentials;Acoustic stimulation

【中图分类号】R764.04

【文献标识码】A

【文章编号】1006-7299(2016)02-0138-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-7299.2016.02.006

作者简介：景艳，女，湖北人，医学硕士，主治医师，主要研究方向为耳科学基础与临床。通讯作者：梁建平(Email:liangjps@126.com)

网络出版时间：2016-2-116：18

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20160201.1618.014.html

*广西壮族自治区卫生厅自筹经费科研课题(Z2014619)

1广西壮族自治区人民医院耳鼻咽喉科(南宁530021)