不同注意状态对视敏度ERP 检测的影响

孟欢欢，罗斌，特拉提·赛依提，季萌萌，陈溪萍，史格非，陶陆阳

（1.济宁医学院法医学与医学检验学院法医学专业，山东济宁 272012；2.苏州大学医学部法医学系，江苏苏州 215123；3.新疆警察学院刑侦系，新疆乌鲁木齐 830011；4.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063）

·论著·

不同注意状态对视敏度ERP 检测的影响

孟欢欢1，2，罗斌2，特拉提·赛依提3，季萌萌2，陈溪萍2，史格非4，陶陆阳2

（1.济宁医学院法医学与医学检验学院法医学专业，山东济宁 272012；2.苏州大学医学部法医学系，江苏苏州 215123；3.新疆警察学院刑侦系，新疆乌鲁木齐 830011；4.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063）

目的研究不同注意状态对视敏度相关视觉信息刺激所产生事件相关电位（event-related potential，ERP）成分的影响，为法医临床学视觉客观评价提供理论参考。方法以视敏度图标作为视觉信息刺激范式，以15名志愿者作为研究对象，嘱其在视觉刺激注意状态下对视敏度图标进行计数，在视觉刺激非注意状态下认真收听有声故事并在实验结束后回答故事相关问题，应用32导ERP系统记录两种不同注意状态下受试者ERP结果。结果在两种注意状态下，阈上视敏度图标均引出了P1和P300成分，但阈下刺激图标只引出P1成分，未引出P300波形；在阈上图标所引出的ERP波形中，视觉刺激注意时的P1、P300振幅高于非注意时P1、P300振幅。结论注意状态影响视敏度检测，P300成分也可以用于视觉刺激非注意状态下阈上及阈下视敏度水平的鉴别。

法医学；事件相关电位；视敏度；P1；P300；注意状态

视敏度（visual acuity，又称视力）的检查需要受试者主观理解和主动配合，在司法鉴定实践中因缺乏客观性而受到限制。现行较为常见的客观检测手段是视诱发电位（visual evoked potential，VEP）。近年来，国内研究发现，VEP技术对视敏度的评估[1]、视神经损伤程度的判断[2]以及伪盲的鉴别[3]有重要意义。但在实际操作中，被鉴定人常因为特殊心理不完全配合检查的情况已成为常态，使得VEP检查结果也受到注意程度的影响[4]。并且国外有报道称，脑损伤后视觉功能异常或中枢性皮质盲时，患者VEP检查结果并无明显潜伏期或振幅的改变[5，6]，提示VEP并不适用于中枢性疾病或脑损伤后视觉功能异常等患者的相关检测。

事件相关电位（event-related potential，ERP）是一种特殊的脑诱发电位，通过赋予刺激特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激所引起的脑电位活动，反映了认知过程中大脑的神经电生理改变。国内外关于ERP在视觉领域的研究主要集中于视觉刺激的选择性注意[7]、视觉刺激非注意加工以及面孔表情识别[8]等与大脑认知加工相关的研究领域[9]。2010年，Heinrich等[10]运用ERP经典Oddball范式研究发现，可视光栅可以引起稳定、可信的P300成分，而在模糊光栅出现时几乎不会产生P300成分。这表明P300与视觉分辨阈值的相关性，以及ERP作为一种更高层次的电生理学技术应用于视敏度评估的可能性和意义。

近年来，ERP技术与肌电图（electromyography，EMG）、功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）同步运用于脑功能的研究领域中[11]。鉴于目前研究所显示的VEP技术手段的不足，以及目前司法鉴定行业中关于视觉功能客观评估方法上的迫切需求，本研究希望通过应用不同大小的视觉刺激图片，对不同视觉刺激注意状态下所引出的ERP成分进行分析，以期为ERP技术在法医临床学视敏度相关鉴定中的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验对象

选取15名20～30岁［（23.8±3.67）岁］、单眼裸视视敏度在0.1～1.0（0.42±0.28）范围内的大学在校生作为研究对象，其中女生9人，男生6人。

1.2 仪器

采用美国NeuroScan公司生产的32导NeuroScan 4.3刺激分析记录系统。

1.3 方法

1.3.1 实验条件

实验在屏蔽室内进行，让受试者取坐位，单眼进行实验，以眼罩遮蔽未受检眼。检测距离（眼与显示屏之间的距离）为1.5m，音响放置在距离受试者1m位置处。鼻根为参考电极，前额中央为接地电极，同时使用眼电图（electro-oculogram，EOG）记录水平和垂直眼动电位。电极阻抗控制在5 kΩ以内。

1.3.2 刺激

根据《标准对数视力表》（GB 11533—2011），作出与相应视敏度视角相同的E字图标（0.1～1.0），并通过对受试者的主观视敏度测试，确定受试者阈上（同一大小四种朝向视敏度图标都能看清的）及阈下（同一大小四种朝向视敏度图标都看不清的）视敏度水平。图片呈现时间为500ms，刺激间隔为500ms。1.3.3实验步骤

实验分为视觉刺激注意组（简称注意组）与视觉刺激非注意组（简称非注意组）。所有受试者均需参与两组实验，两组实验顺序在每位受试者间进行平衡。其中，注意组受试者需要在注意状态下认真观察屏幕中心出现的阈上视敏度图标并要求对朝向不同的图标进行计数，尽量注视屏幕中心出现的阈下视敏度图标并尝试进行计数；非注意组受试者需要在认真收听有声故事的同时，以受试眼注视屏幕中心视敏度图标（阈上及阈下视敏度），测试结束后需对所听故事情节问题作出回答。记录各组的ERP结果，分析、计算ERP成分的振幅。

1.4 统计学处理

采用SPSS 20.0软件进行数据处理，通过配对t检验对视觉及听觉计数正确率进行统计学分析；对ERP结果中OZ电极的P1、PZ电极的P300成分振幅和P300阈上差异振幅分别进行包括注意程度（注意、非注意）、视敏度水平（阈上、阈下）和（或）刺激类型（相同朝向、不同朝向）在内的多因素重复测量方差分析。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 正确率结果

注意组受试者计数的正确率为（79.9±2.1）%；非注意组两种视敏度水平实验中听觉问题的正确率［阈上视敏度（88.9±2.4）%，阈下视敏度（90.3±2.2）%］差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 ERP结果

2.2.1 P1成分

选取P1成分（图1）进行统计分析。对两组不同视敏度水平的标准刺激P1成分进行两种注意相关程度（注意、非注意）×视敏度水平（阈上、阈下）的二因素重复测量方差分析。结果表明，P1振幅注意程度有主效应[F（1，14）=43.669，P＜0.05]，即代表注意组P1振幅大于非注意组P1振幅，差异具有统计学意义。

图1 两组P1成分的ERP波形图

2.2.2 P300成分

如图2所示，两种阈上视敏度水平不同朝向刺激和相同朝向刺激在350～550ms的时间窗内出现一个正性差异成分，即P300。对两种注意程度阈上及阈下水平相应时间窗的P300平均振幅进行注意程度×视敏度水平×刺激类型（相同朝向、不同朝向）的三因素重复测量方差分析，结果表明，刺激类型有主效应[F（1，14）= 6.983，P<0.05]，同时注意程度×视敏度水平×刺激类型有交互效应（P<0.05），通过进行交互分析，发现两组阈上视敏度水平的P300振幅差异都具有统计学意义。

2.2.3 P300阈上差异波

对P300阈上差异波平均振幅（图3）进行注意程度×视敏度水平的二因素重复测量方差分析，发现注意程度[F（1，14）=6.598，P<0.05]和视敏度水平[F（1，14）= 26.111，P<0.05]都有主效应，且注意程度×视敏度水平有交互效应（P<0.05），通过进行交互分析，发现注意组阈上视敏度水平的P300差异振幅大于非注意组阈上视敏度水平的P300振幅。

图2 两种注意状态下P300的ERP波形图

图3 两组P300阈上差异波ERP波形图

3 讨论

在法医临床鉴定中，被鉴定人往往会因为特殊的目的和心理不配合视觉电生理检查。本实验通过视觉刺激注意和非注意两种不同状态的对比，研究两种状态下受试者对阈上和阈下视敏度图标认知过程的差异和ERP特征成分，初步探讨被检查者在视觉刺激非注意状态下运用ERP相关成分客观评价视敏度水平的可行性。

本研究通过让受试者计数视觉图标和复述故事情节两种方式，建立了视觉刺激注意和非注意两种检测条件。结果显示，视觉刺激注意组的受试者对视敏度图标计数的正确率高，表明受试者在此状态下对阈上视敏度图标的辨识度较高，也证明了受试者在视觉刺激注意状态下进行试验的配合程度较高。在视觉刺激非注意状态下，两种视敏度水平实验中听觉问题的正确率差异没有统计学意义，表明受试者在两种视敏度图标的呈现过程中对听觉分配的注意力较高且相近，从而保证了视觉刺激处于非注意状态的纯度，符合本研究试验模式设计的目的和要求。

一直以来，视觉P1成分被认为与视觉注意状态及唤醒程度相关，其振幅随注意程度改变而改变。本实验中不同视觉刺激注意状态P1振幅差异具有统计学意义，这一结果与之前相关研究结论一致，表明头皮后部P1成分受视觉刺激注意程度的显著影响，表现为振幅随注意力的减小而降低[12]，同时也证实了两种实验模式注意状态的差异性。

视觉刺激注意组的阈上刺激引起了P300成分，与之前Heinrich等[10]的相关研究类似，再次证明P300与视敏度的相关性。此外，视觉刺激非注意组的阈上刺激也引出了P300成分，并且两种不同注意状态引出的P300振幅差异波具有统计学意义（图3）。P300成分是大脑集中注意力完成对刺激评估的一种指标，其波幅反映了大脑进行信息加工时利用大脑区域的程度，代表了受试者感知、提取、编码信息的量级，与注意、记忆、认知加工的强度有关[13]。通过本研究，笔者认为P300可能代表了大脑对于阈上视敏度图标的高级认知加工过程，并且即使是在视觉刺激非注意状态下对于阈上视敏度图标的感知、认知高级加工过程依旧存在，而且两种注意相关状态下P300振幅的差异考虑应由视觉注意资源的分配不同所致。这一结果提示，即使被鉴定人处于视觉刺激非注意状态下，运用ERP技术进行视敏度客观检查存在可行性和有效性。

此外，本研究通过对视觉刺激不同注意状态P1和P300成分的对比研究，提示在司法鉴定进行VEP检查时，若存在P1、P300波幅下降的情况，需要注意被鉴定人存在视觉刺激非注意状态的可能性，并进而考虑其存在配合度欠佳或伪装视力下降等情况。

本实验通过对视觉刺激两种不同注意状态下视敏度与ERP相关性的对比研究，初步探讨并验证了视觉刺激不同注意状态下运用ERP成分研究视敏度水平的可行性，为ERP技术在法医临床视敏度相关鉴定中的应用提供了理论基础，在法医学司法鉴定领域具有潜在的应用价值。相信随着认知技术的不断完善，今后ERP技术与EMG、fMRI等技术的结合，将为视敏度客观评估的进一步研究提供更为广阔的应用前景和更为精细、可靠的技术手段。

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Effect of Different Attentional Conditions on ERP Detection of Visual Acuity

MENGHuan-huan1,2,LUO Bin2,TələT·SIYIT3,JIMeng-meng2,CHEN Xi-ping2,SHIGe-fei4,TAO Lu-yang2
（1.Department of Forensic Medicine,School of Forensic Medicine and Laboratory Medicine,Jining Medical University,Jining 272012,China;2.Department of Forensic Medicine,Medical College of Soochow University,Suzhou 215123,China;3.Department of Investigation,Xinjiang Police College,Urumchi830011, China;4.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Shanghai Forensic Service Platform,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,PRC,Shanghai 200063,China）

ObjectiveTo study the effect of different attentional conditions on the event-related potential（ERP）components generated by the visual information stimuli related to visual acuity,and provide a theoretical reference for clinical forensic visual objective evaluation.MethodsW ith visual acuity optotypes as normal form of visual information stimuli,15 volunteers as study subjects were supposed to account the visual acuity optotypes under the attentional condition of visual stimuli.Furthermore,the subjects were required to listen to the storytelling carefully under the non-attentional condition of visual stimuli,and after the exam ination,they needed to answer the story-related questions.All the EEG results of two different attentional conditions from the subjects were recorded by 32 channel ERP system. Resu lts Under two attentional conditions,P1and P300components were evoked by the visual acuity optotypes on supra-threshold and threshold visual acuity levels,while only P1com ponent were evoked by the visual acuity optotypes on sub-threshold levels.In the ERP waveforms evoked by the visual acuity optotypes on supra-threshold,P1and P300amplitudes under attentional condition were larger than that under non-attentional condition.ConclusionAttentional conditions can influence the detection of visual acuity.P300component can be used to distinguish the visual acuity levels w ith supra-threshold and subthreshold under non-attentional condition.

forensic medicine;event-related potentials;visual acuity;P1;P300;attentional condition

DF795.1

：A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.02.004

1004-5619（2017）02-0125-04

2015-05-21）

（本文编辑：陈捷敏）

十三五国家重点研发计划项目（2016YFC0800701）；国家自然科学基金资助项目（81373251）；国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2015AA020503）

孟欢欢（1988—），女，硕士研究生，主要从事法医临床学研究；E-mail：mhhlinda@163.com

陈溪萍，女，主任法医师，硕士研究生导师，主要从事法医临床学研究；E-mail：xipingchen@suda.edu.cn

通信作者：史格非，男，硕士，主检法医师，主要从事法医临床学鉴定与研究；E-mail：shigf@ssfjd.cn