事件相关电位客观评估视敏度的法医学应用

罗斌，季萌萌，孟欢欢，陈溪萍，陶陆阳

（1.苏州大学医学部法医学系，江苏苏州 215123；2.安徽龙图司法鉴定中心，安徽合肥 230000）

事件相关电位客观评估视敏度的法医学应用

罗斌1，2，季萌萌1，孟欢欢1，陈溪萍1，陶陆阳1

（1.苏州大学医学部法医学系，江苏苏州 215123；2.安徽龙图司法鉴定中心，安徽合肥 230000）

目的研究不同视敏度水平的事件相关电位（event-related potential，ERP）成分特征，以期为视敏度的客观评定提供理论依据。方法选取16名被试进行单眼刺激。要求被试眼平视前方屏幕，注意屏幕中央的视觉刺激并对朝向不同的刺激进行计数。屏幕的中央会显示3种不同视敏度水平所对应的视标刺激图片，分别记录其ERP结果。结果（1）阈上视敏度水平一致刺激的P1振幅高于阈值、阈下视敏度水平一致刺激的P1振幅，阈值和阈下视敏度水平一致刺激的P1振幅差异无统计学意义，冲突刺激与一致刺激在3种视敏度水平的趋势类似。（2）阈上和阈值视敏度水平都出现了潜伏期在340～500ms内的P300成分；阈下视敏度水平在相应的时间窗内无P300成分。3种视敏度水平的P300振幅差异有统计学意义，振幅由大到小分别为阈上、阈值、阈下视敏度水平。结论ERP技术可以成为法医学客观评定视敏度的新手段。

法医学；事件相关电位；视敏度；P1；P300

客观评定视功能是眼损伤法医学鉴定中的关键问题，其中视力是最重要的检查指标。但是在司法鉴定过程中，常会遇到有意夸大视力下降程度、诈盲等情况，而传统的检查方法存在较大的主观性，因此寻求客观的检查手段尤为重要。目前在司法鉴定中，视诱发电位（visual evoked potential，VEP）技术被普遍应用于各类眼科相关检查中，已成为临床诊断和司法鉴定的辅助检查方法[1]。由于VEP反映的是从视网膜视神经至枕区初级视皮层的电位活动，只是大脑对视觉刺激的早期反应，所以并不适用于中枢性疾病或脑损伤后视觉功能异常者的视觉相关研究[2]。事件相关电位（event-related potential，ERP）是一种特殊的脑诱发电位，通过有意地赋予刺激以特殊的心理意义，利用多种刺激所引起的脑电活动。ERP反映了认知过程中大脑的神经电生理变化，也被称为认知电位[3]。

国内外对于视觉（包括视敏度）大脑认知整体过程的系统研究正处于起步阶段。近些年来，随着对大脑认知过程的深入研究，Kimura等[4]发现视觉刺激图片变大或者变小都能在大脑枕颞区皮层诱发一个峰值潜伏期在240～260 ms的视觉失匹配负波（visual mismatch negativity，vMMN）成分。2013年，Takács等[5]发现刺激图片出现后的120～200ms，在枕顶区皮层会出现一个vMMN成分，这表明大脑可以自动觉察整体图片的变化。有ERP研究[6]发现了不同视敏度水平之间的ERP成分（vMMN和P3a成分）之间存在差异。上述研究表明，vMMN作为ERP内源性成分之一对视觉功能检查有重要意义。2010年，Heinrich等[7]研究发现可视光栅可以引起稳定P300成分，而P300成分不会被模糊光栅诱发；同时P300成分振幅与不可视（invisible）和可视（visible）光栅的关系是有或无的关系。这提示P300成分与视觉分辨阈值具有相关性，ERP可作为一种电生理学技术应用于视敏度评估。

本研究运用ERP技术以确定稳定可靠的视觉功能相关的检测指标，探索应用ERP分析评估视力的应用价值。

1 材料与方法

1.1 实验对象

选取志愿者16人进行单眼测试（16只眼），其中男性8人，女性8人，年龄在20～30岁（平均年龄为23.6岁），被试眼既往无眼外伤及疾病史，无颅脑损伤及精神疾病史，眼科常规检查无异常改变。

1.2 仪器设备

采用美国NeuroScan公司生产的32导的EEG/ERP脑电记录仪NeuroScan 4.3系统，该系统主要包括采集分析电脑、同步刺激显示器和NuAmps DC放大器。

1.3 试验方法

刺激图片：选用国际标准视力表的E字视标（即开口或朝向不同的E字），制作出与相应视敏度视角对应的图片，并顺序呈现在电脑显示屏中央，分别包括朝向为向上（）、向左（）、向右（）和向下（）的图标，刺激呈现时间为500ms，刺激间隔为400ms。

记录方法：按国际标准导联10-20系统放置，同步记录脑电信息，同时记录水平眼电（horizontal electro oculogram，HEOG）和垂直眼电（vertical electro oculogram，VEOG）。水平眼电监测电极放置在双眼外眦1.5cm处，垂直眼电监测电极位于左眼眶上、下2cm处，以左、右两耳乳突的平均电位为参考，中央前额作为接地电极。

实验过程：被试坐于暗室的靠背椅上，眼睛水平直视于显示屏中央。实验之前测试被试的主观视力，记为阈值，每个被试进行3个小实验，分别代表其阈上（主观视力上一行视标）、阈值（主观视力行对应视标）及阈下（主观视力下一行视标）视敏度水平，对被试进行单眼实验，用遮盖物遮蔽非测试眼。视觉刺激图片随机呈现在屏幕上，与此同时要求被试认真注意视觉刺激并对相邻两个刺激的朝向是否一致进行判断，朝向相同为一致刺激，朝向不同为冲突刺激，要求被试对冲突刺激进行计数。

1.4 数据处理及统计学分析

应用统计分析软件SPSS 19.0进行分析与处理，通过重复测量方差分析（ANOVA）及最小显著性差异法（least significant difference，LSD）分别对ERP结果中不同视敏度水平下计数的正确率、OZ电极的P1成分振幅、PZ电极的P300成分振幅及P300差异振幅进行分析。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 行为学结果

各视敏度水平下计数的正确率：阈上视敏度为80.63%，阈值视敏度为53.13%，阈下视敏度为20.39%，利用重复测量方差分析结果表明，不同视敏度水平下计数的正确率差异有统计学意义（P<0.05）。正确率由高到低分别为阈上视敏度、阈值视敏度、阈下视敏度。

2.2 ERP结果

不同视敏度水平一致刺激及冲突刺激诱发的P1成分主要分布在枕区，P300成分则主要分布于顶区。

2.2.1 P1成分

对3种视敏度水平（阈上、阈值、阈下）的一致刺激所引起的P1成分振幅进行分析。结果表明，视敏度水平有主效应[F（2，14）=5.021，P<0.05]，LSD发现阈上视敏度的P1振幅和阈值、阈下视敏度的P1振幅差异有统计学意义（P<0.05），而阈值和阈下视敏度的P1振幅差异无统计学意义（P>0.05）。

对3种视敏度水平（阈上、阈值、阈下）的冲突刺激引起的P1成分振幅进行分析。结果表明，3种视敏度水平的P1振幅有主效应[F（2，14）=9.438，P<0.05]，LSD发现阈上视敏度的P1振幅和阈值、阈下视敏度的P1振幅差异有统计学意义（P<0.05），而阈值和阈下视敏度的P1振幅差异无统计学意义（P>0.05，图1）。

图1 3种视敏度水平的P1振幅比较

2.2.2 P300成分

图2 各视敏度一致刺激、冲突刺激以及差异波比较

在340～500ms时间窗内对各视敏度水平的一致刺激和冲突刺激的ERP振幅进行视敏度水平（阈上、阈值、阈下）×刺激类型（一致、冲突）的二因素重复测量方差分析，结果发现阈上和阈值视敏度水平的一致刺激和冲突刺激差异均有统计学意义（P<0.05），而阈下视敏度水平的一致刺激和冲突刺激差异无统计学意义（P>0.05，图2）。

选取340～500ms时间窗对差异振幅（冲突刺激振幅减去一致刺激振幅）进行重复测量方差分析，视敏度水平（阈上、阈值、阈下）作为组内因素。结果表明，视敏度水平存在主效应[F（2，14）=18.153，P<0.05]，阈上视敏度水平的平均振幅与阈值、阈下视敏度水平之间差异均存在统计学意义（P<0.05），阈值和阈下视敏度的平均振幅之间差异也存在统计学意义（P<0.05，图3）。

图3 3种视敏度水平的P300差异振幅比较

3 讨论

在司法鉴定中，视敏度是重要的评价指标。主观视敏度是个体对经验、记忆、分析、识别等极为复杂的加工过程，该过程属大脑高级认知功能，需要大脑的精确加工与识别。ERP被广泛用于大脑的认知加工（包括视觉认知加工）研究，并日益成为认知心理学、神经科学和精神医学等领域的重要研究手段。

近年来一些研究[8，9]表明，视敏度受注意程度的影响，在检测过程中，需要被试配合。本研究中，被试很好地配合了本实验。此外，有研究[10]认为刺激参数，包括视角、颜色、对比度、亮度、时间频率和空间频率等会对视力结果的测定有影响。在实验开始之前我们对屏幕亮度、对比度、视距等参数进行调试，保证对全部受检对象都采取同样的实验条件。除此之外，对于视敏度的研究有必要关注中晚期的大脑视觉加工过程，因此，本实验运用的ERP技术恰好可以弥补此方面的不足。

本研究通过分析不同视敏度水平P1振幅发现，阈上视敏度水平一致刺激的P1振幅明显高于阈值、阈下视敏度水平，而阈值和阈下视敏度一致刺激之间的P1振幅差异无统计学意义，冲突刺激与一致刺激具有类似的趋势。这一结果与以往关于视觉VEP的研究结果[11]一致，提示P1成分可能反映了大脑对于早期视觉信息摄入量的觉察，并且阈上视敏度视觉时这种觉察更为显著，但不能体现大脑对于阈值和阈下水平视标加工处理过程的差异性。

通过对340～500 ms潜伏期内不同视敏度水平ERP成分的统计分析，发现阈上和阈值视敏度水平的一致刺激与冲突刺激ERP成分差异有统计学意义，阈下视敏度水平的一致刺激与冲突刺激ERP成分差异无统计学意义。在阈上和阈值视敏度水平的ERP波形图中出现P300成分，是由于被试能够在主动情况下辨认出这两种视敏度大小的视标朝向，并且能够提取朝向信息进行储存记忆[12]，当大脑觉察到朝向发生明确变化时便会引发P300的产生。相反地，在阈下视敏度水平，由于大脑无法看清“E”字视标朝向，故无法引出P300成分。Heinrich等[7]认为可能是随着刺激图片越来越小，对于一致刺激和冲突刺激的识别越来越困难，导致P300振幅呈逐渐下降趋势。这一结果提示，P300成分可以作为评定视敏度水平客观而有效的指标。

本研究表明，ERP对于评定视敏度水平有重要意义。但由于本研究的实验设计中仍然需要被试配合，倘若结合视觉信息非注意加工研究手段，相信ERP技术将成为视敏度客观检测的有效方法。

[1]周鑫，舒玲华.应用视觉诱发电位分析视力的价值[J].国际眼科杂志，2007，7（1）：124-126.

[2]Bodis-Wollner I，Atkin A，Raab E，et al.Visual association cortex and vision in man：pattern-evoked occipital potentials in a blind boy[J].Science，1977，198（4317）：629-631.

[3]赵仑.ERPs实验教程[M].南京：东南大学出版社，2010.

[4]Kimura M，Katayama J，Murohashi H.Attention switching function of memory-comparison-based change detection system in the visual modality[J].Int J Psychophysiol，2008，67（2）：101-113.

[5]Takács E，Sulykos I，Czigler I，et al.Oblique effect in visual mismatch negativity[J].Frontiers in Human Neuroscience，2013，7：591.

[6]Meng H，Ji M，Luo B，et al.The automatic processing of visual information at different visual acuity levels：An ERP study[J].Int J Psychophysiol，2015，98（1）：135-142.

[7]Heinrich SP，Marhofer D，Bach M.“Cognitive”visual acuity estimation based on the event-related potential P300component[J].Clin Neurophysiol，2010，121（9）：1464-1472.

[8]Raz A，Marinoff GP，Zephrani ZR，et al.See clearly：suggestion，hypnosis，attention，and visual acuity[J]. Int J Clin Exp Hypn，2004，52（2）：159-187.

[9]孟欢欢，罗斌，特拉提·赛依提，等.不同注意状态对视敏度ERP检测的影响[J].法医学杂志，2017，33（2）：125-128.

[10]Chan H，Odom JV，Coldren J，et al.Acuity estimated by visually evoked potentials is affected by scaling[J].Doc Ophthalmol，1986，62（1）：107-117.

[11]Hashiba A，Tabuchi A，Matsuda E，et al.Visual acuity measured by pattern visual evoked potential[J]. Nippon Ganka Gakkai Zasshi，1997，101（8）：644-647.

[12]Johnson R.The amplitude of the P300component of the event-related potential：review and synthesis[J]. Adv Psychophysiology，1988，3：69-137.

Forensic Application of Objective Assessment on Visual Acuity by ERP

LUO Bin1,2,JI Meng-meng1,MENG Huan-huan1,CHEN Xi-ping1,TAO Lu-yang1
（1.Department of Forensic Medicine,Medical College of Soochow University,Suzhou 215123,China;2.Anhui Longtu Judicial Identification Center,Hefei 230000,China）

ObjectiveTo explore the composition characteristic of event related potential（ERP）in different visual acuity levels,and to provide theoretical basis for the objective assessment of visual acuity. Methods Monocular stimulus was performed on 16 selected subjects.The subjects were required to look straight at the screen ahead and count the amount of stimuli from different directions.The pictures of optotype stimulus which corresponding to three different visual acuity levels were showed in the center of the screen.The ERP results were recorded separately.Results（1）The P1amplitudes of match stimuli recorded under the supra-threshold visual acuity level were higher than that of match stimuli recorded under the threshold and sub-threshold visual acuity levels.There was no significant difference between the P1amplitudes of match stimuli recorded under the threshold and sub-threshold visual acuity levels. The tendency of conflict stimuli was similar to that of match stimuli under three visual acuity levels.（2）In the 340-500ms post-stimulus range,P300component was found under supra-threshold and threshold visual acuity levels;no P300component was found in corresponding time window under sub-threshold visual acuity.The differences of P300amplitudes among three visual acuity levels were statistically significant. The amplitudes from high to low were the supra-threshold,threshold and sub-threshold visual acuity levels.ConclusionERP can be a potential new method for the objective assessment of visual acuity in forensic medicine.

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

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.03.003

1004-5619（2017）03-0232-04

2015-05-21）

（本文编辑：陈捷敏）

“十三五”国家重点研发计划资助项目（2016YFC080 0701）；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）项目（2015AA020503）

罗斌（1990—），男，主要从事法医临床学鉴定与研究；E-mail：luobinmaibox＠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