脑外伤所致精神障碍者冲动控制能力及ERP特征

宋宏飞 ，邓茜 ，杨宁 ，郝博 ，胡喻博 ，时燕薇 ，2，薛丽 ，2，赵虎 ，2

（1.中山大学中山医学院法医学系，广东 广州 510080；2.广东省法医学转化医学工程技术研究中心，广东 广州 510080）

创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI），又称脑外伤，可导致多种精神障碍，包括认知功能障碍、情感障碍、记忆减退、智力受损、注意力下降等[1]。脑损伤还可引起行为模式的改变，其中，冲动控制能力受损是行为模式改变的一种常见类型[2]。冲动控制是反应抑制的一部分，抑制能力差，则易产生冲动行为[3]。脑外伤所致精神障碍者冲动控制能力受损常以自杀、暴力、攻击等冲动行为为主要表现[4]：（1）可能会危害社会公共安全，带来严重的经济和社会影响，可能会涉及刑事责任能力的评定；（2）常常会影响患者的家庭生活、日常生活能力、工作能力、社会活动能力等，此类则涉及民事评残及民事行为能力的评定。因此，在司法精神病鉴定中，准确地评估脑外伤所致精神障碍者的冲动控制能力十分重要。

然而，目前对脑外伤患者冲动控制的评定方式主要采用自评量表或行为学测量，方法较单一，且尚无完善、客观的评定指标。国内外研究中，脑外伤患者大多为医院里的患者，配合程度较高。这与司法精神病鉴定所遇到的被鉴定人不同，他们存在获得高额赔偿或者逃脱刑事处罚的利益驱动，往往存在夸大症状及不合作的情况。而目前常用的量表或行为学方法较难排除伪装的成分，所以寻找更为可靠且稳定的神经生物学指标是司法鉴定实践的迫切需求。目前，实验室研究主要通过Go/NoGo任务、停止信号任务（stop-signal task，SST）、斯特鲁普实验任务（Stroop任务）和延迟折扣范式（delay discounting paradigms）等不同认知任务对冲动性进行测量[5]。其中Go/NoGo任务具有时间稳定性、易操作性，运用较为广泛。事件相关电位（event-related potentials，ERP）是一种无损伤、时间分辨率高的脑认知功能电生理检测技术，反映人对事物认知、心理行为的一种客观的表现形式。已有研究[6-7]结果显示，ERP是伤残评定中可用于鉴别脑外伤患者夸大或伪装的客观辅助指标，故ERP有望作为评定颅脑外伤所致精神障碍者冲动控制能力的潜在工具之一。

本研究通过冲动性量表与Go/NoGo任务诱发的事件相关电位，观察脑外伤所致精神障碍者是否存在反应抑制损害或冲动控制障碍及其行为学与神经电生理学特征，进而探讨ERP成分作为司法精神病鉴定中客观评估脑外伤患者冲动控制能力的应用价值。

1 对象与方法

1.1 实验对象

脑外伤组：2018—2019年因颅脑外伤在中山大学法医鉴定中心进行精神伤残评定的被鉴定人30例（男性24例，女性6例），由两名及以上具有资质的司法精神病鉴定人根据《中国精神障碍分类与诊断标准第3版（CCMD-3）》《疾病和有关健康问题的国际统计分类（ICD-10）》诊断为脑外伤所致精神障碍，且依据《人体损伤致残程度分级》进行伤残等级评定，最终评定精神伤残等级为七至十级（轻度精神伤残）。入组标准：（1）年龄18～60岁，受教育年限≥6年；（2）听觉及裸眼或矫正视力正常，右利手；（3）有明确颅脑损伤史，经影像学检查证实有脑器质性损害，符合临床治疗终结标准（伤后6个月及以上，2年以内）；（4）精神检查有情感及行为障碍主诉（如性格、脾气变化等），能配合完成检查。排除标准：（1）伤前有精神、神经系统疾病史、脑器质性疾病史及精神活性物质滥用史等；（2）伴有严重躯体疾病；（3）不配合完成检查，完全不按键或按键正确率低于70%。

对照组：志愿者30例（男性24例，女性6例）。入组标准：身体健康、精神活动正常，无脑外伤史，无精神疾病家族史，裸眼或矫正视力正常，右利手。

t检验结果显示，两组在性别、年龄、受教育年限上差异无统计学意义（表1），所有数值均用±s表示。所有被试均自愿参加检测并签署知情同意书。

表1 人口学特征比较Tab.1 Comparation of the demographics characteristics（n=30，±s）

表1 人口学特征比较Tab.1 Comparation of the demographics characteristics（n=30，±s）

受教育年限/年10.933±3.667 9.700±3.375组别对照脑外伤性别/例男性24 24女性6 6年龄/岁38.333±11.613 39.400±11.352

1.2 实验方法

1.2.1 Barratt冲动性量表

Barratt冲动性量表-11（Barratt Impulsiveness Scale-11，BIS-11）（修订中文版）由30个条目组成，包括3个维度：运动冲动性，条目2、5、8、11、14、17、20、23、26和29；认知冲动性，条目3、6、9、12、15、18、21、24、27 和 30；非计划冲动性，条目1、4、7、10、13、16、19、22、25和28。采用李克特等级评分[8]（不是、极少、有时、经常、总是），每个条目按1～5分记分，其中，非计划冲动性和认知冲动性维度为反向计分，运动冲动性维度为正向计分，总分在30～150分。各维度得分计算方法如下：

量表总分为3个维度得分的平均值。最终所有分数均采用百分制。

1.2.2 Go/NoGo任务诱导的事件相关电位

本研究采用TMSynAmpsRT64通道放大仪（美国Compumedics公司）进行记录，使用E-prime 3软件系统（美国Psychology Software Tools公司）呈现黑色大写字母O（或X）在计算机屏幕中心，背景为白色。实验在隔音和微亮的环境下进行，被试眼睛距离屏幕70～80 cm。实验前与被试进行沟通以消除被试紧张心理。采用Go/NoGo实验任务，包含概率不等的两种视觉刺激类型，黑色大写字母O和X，被试需对大概率刺激（Go）做出按键反应，对小概率刺激（NoGo）抑制按键反应冲动[9]。实验分为两部分，两部分实验间平衡。第一部分字母O为Go刺激，字母X为NoGo刺激；第二部分字母X为Go刺激，字母O为NoGo刺激。刺激持续时间为150ms，刺激间隔（inter-stimulus interval，ISI）为1200～1500ms。被试首先练习10次，然后完成分别含240个试次的两部分正式实验，每部分包含192个Go（80%）和48个NoGo（20%）试次。当Go刺激出现时，要求被试用右手食指按下按键盒的最右键，NoGo刺激出现时，被试必须停止按键反应，从而诱导冲动抑制过程。

1.3 ERP数据收集和处理

使用含Ag/AgCl 64导电极帽（美国Compumedics公司），记录头皮部位（10/20系统）的脑电图（electroencephalogram，EEG）数据。以Cz后约2cm处REF作为参考电极，双侧乳突（M1、M2）为转参考电极。垂直眼电极和水平眼电极分别位于左眼上下1cm及双眼外眼角1cm处。采样率（D/C Rate）1000Hz，滤波带宽为0.05～50Hz，所有电极阻抗均保持低于5kΩ。记录所有电极各ERP成分的波幅和潜伏期，同时记录行为学数据，如反应时、正确率、错误率等。脑电数据采用curry 7（美国Compumedics公司）进行离线处理，主要对FCz电极的N2、P3成分的波幅及潜伏期进行测量。N2为刺激出现后的第二个最大负峰，时间窗为180～350 ms；P3为在时间窗250～600 ms内出现的最大正峰。N2、P3波幅为基线到最大波峰的垂直长度，N2、P3潜伏期为从刺激开始到出现最大波幅时的横轴距离。分析时程为刺激前200ms至刺激后800ms。

1.4 统计分析

数据用±s表示，采用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析。检验水准α=0.05。

（1）行为学数据：通过计算Go反应时（reaction time，RT）、NoGo错误率、Go及NoGo的正确率评估Go/NoGo任务的行为表现，运用t检验比较两组间差异。

（2）ERP数据：Go、NoGo刺激条件下，两组FCz电极的N2、P3成分（Go/NoGo-N2、Go/NoGo-P3）的波幅及潜伏期结果比较采用two-ways ANOVA方差分析进行分析。

2 结 果

2.1 冲动性评估

t检验结果表明，对照组与脑外伤组在BIS-11量表总分及3个维度的得分差异均具有统计学意义，详见表2。

表2 两组被试量表总分及各维度得分Tab.2 The total score and subscale scores of two groups （n=30，±s）

表2 两组被试量表总分及各维度得分Tab.2 The total score and subscale scores of two groups （n=30，±s）

注：各得分在两组间比较，P＜0.05。

组别对照脑外伤2 9.2 7 8±1 2.1 7 6 5 2.0 2 8±1 6.8 2 4 2 3.5 8 3±1 3.8 9 1 4 9.1 6 7±1 9.3 6 9 3 2.1 6 7±1 3.0 4 4 5 4.4 1 7±1 9.1 7 1 3 2.0 8 3±1 7.3 0 9 5 2.5 0 0±2 3.3 6 9总分运动冲动性认知冲动性非计划冲动性

2.2 对Go、NoGo刺激的反应结果

两组被试的Go、NoGo刺激反应结果见表3，脑外伤组的反应正确率低于对照组（P＜0.05）。在Go任务条件下的反应时长于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。但是，两组的NoGo错误率比较，差异无统计学意义。

表3 两组被试Go/NoGo任务的行为学结果Tab.3 Behavioral results of the Go/NoGo task in two groups （n=30，±s）

表3 两组被试Go/NoGo任务的行为学结果Tab.3 Behavioral results of the Go/NoGo task in two groups （n=30，±s）

注：1）与对照组相比，P＜0.05。

NoGo错误率0.224±0.153 0.275±0.168组别对照脑外伤正确率0.921±0.063 0.837±0.1151）Go反应时/ms 318.093±85.277 405.974±120.3581）

2.3 ERP结果

对照组与脑外伤组FCz电极的N2、P3波形图及脑地形图见图1～2。在两组中，NoGo-N2波幅均大于Go-N2波幅，NoGo-P3波幅均大于Go-P3波幅（图1，表4）。对两组被试Go/NoGo任务下的N2、P3波幅和潜伏期进行比较（表4～5），脑外伤组NoGo-N2波幅低于对照组，而Go-N2波幅、Go-N2潜伏期、NoGo-N2潜伏期在两组间差异无统计学意义。同时，与对照组相比，脑外伤组NoGo-P3波幅明显降低，而Go-P3波幅、Go-P3潜伏期、NoGo-P3潜伏期在两组间差异无统计学意义（表4～5）。

图1 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的平均ERP波形图Fig.1 The average ERP oscillogram of the control group and TBI group under the Go/NoGo task

图2 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的脑地形图Fig.2 The topographical maps of the control group and TBI group under the Go/NoGo task

表4 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的N2、P3波幅比较Tab.4 Comparison of N2 and P3 amplitudes between the control group and the TBI group（n=30，±s）

表4 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的N2、P3波幅比较Tab.4 Comparison of N2 and P3 amplitudes between the control group and the TBI group（n=30，±s）

注：1）与同组内Go刺激相比，P＜0.05；2）与同刺激下对照组比较，P＜0.05。

组别对照脑外伤Go-N2-2.870±2.554-1.821±2.023 NoGo-N2-7.199±3.8151）-3.685±2.9141）2）Go-P3 3.546±2.056 2.589±1.471 NoGo-P3 8.382±3.8291）5.603±3.0181）2）

表5 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的N2、P3潜伏期比较Tab.5 Comparison of N2 and P3 latencies between the control group and the TBI group（n=30，±s）

表5 对照组与脑外伤组Go/NoGo任务的N2、P3潜伏期比较Tab.5 Comparison of N2 and P3 latencies between the control group and the TBI group（n=30，±s）

注：各组间比较，P＞0.05。

NoGo-P3 411.567±45.331 449.900±64.847组别对照脑外伤Go-N2 273.667±66.275 289.700±63.082 NoGo-N2 276.967±32.609 293.667±46.848 Go-P3 398.767±73.972 433.467±90.494

3 讨 论

本研究运用Go/NoGo任务对脑外伤所致精神障碍者的冲动控制能力进行研究，结合心理测量量表BIS-11，发现脑外伤组的BIS-11总分及3个维度得分均高于对照组，且NoGo-N2波幅、NoGo-P3波幅均低于对照组。

3.1 BIS-11

BIS-11于1959年由美国学者Barratt编制，是常用于冲动性人格特征评估的自评量表之一，先后经历了11个版本的修订，并翻译成多种语言文字在不同国家使用，均有较好的信度和效度[8]，得分越高，代表冲动性水平也越高，抑制能力越差[10]。采用延迟折扣范式对脑外伤患者的冲动性与决策关系的研究结果[11]表明，脑外伤患者执行决策时更冲动，且脑外伤组在BIS-11量表的3个维度上得分更高。有研究[12]运用剑桥赌博范式对脑外伤后6个月以上的患者行为研究也发现，脑外伤患者偏好于短时利益，表明其具有更高的冲动水平。COTRENA等[13]采用爱荷华赌博范式研究也发现，脑外伤患者的行为表现更差。本研究结果显示，脑外伤组的BIS-11总分明显高于对照组，运动冲动性、认知冲动性、非计划冲动性得分在两组间差异均有统计学意义，与以往对脑外伤患者的冲动性及冲动性与反应抑制关系的研究结果[11，14]一致。脑外伤患者具有更高的冲动性，由此可知，创伤性颅脑损伤可致患者对冲动性的抑制控制能力下降[14-15]。

3.2 行为学

Go/NoGo任务通常具有Go和NoGo两种刺激。令被试反应（按键）的刺激为Go刺激，即靶刺激；不需被试反应（抑制按键）的刺激为NoGo刺激，即非靶刺激。其中Go刺激占70%以上，NoGo刺激占30%以下。Go/NoGo任务中相对于Go刺激，NoGo刺激条件下的N2有更大的负向幅度，且NoGo刺激条件下P3相对于Go刺激有更大的正向幅度，支持反应抑制假说，即体现了对靶刺激反应的抑制。显然，Go/NoGo范式既反映反应抑制，也反映冲动控制。

关于Go/NoGo任务行为学指标，一般认为反应正确率与持续的注意力有关，NoGo错误率反映执行控制和冲动抑制水平，平均反应时与大脑对信息（包括警觉、决策、反应启动和准备等多种认知过程）的处理速度有关[16]，还受对刺激评估及对反应的选择和执行的影响[17]。本研究结果表明，脑外伤组对Go、NoGo的反应正确率低于对照组，对Go刺激的反应时长于对照组，差异具有统计学意义，而两组的NoGo错误率比较差异无统计学意义。以上结果可能存在下列原因：（1）脑外伤组在持续注意力和反应速度方面有受损，而反应抑制能力不受影响[18]；（2）有研究[19]发现，脑外伤患者与正常人在Go/NoGo任务中的行为学指标无明显差异，本研究结果与之不完全一致。本研究的被试为鉴定机构中的被鉴定人，常存在赔偿诉求，为获得更多的赔偿金额，在实验过程中，部分被试存在随意按键、延时按键、故意按错的可能。（3）本研究结果显示，脑外伤组的NoGo错误率虽然高于对照组但不具有统计学差异，可能与样本量较少有关。

3.3 ERP

国内外已有大量利用经典的反应抑制范式Go/NoGo任务对冲动控制能力进行研究。SMITH等[20]运用按键及计数Go/NoGo任务进行研究，其结果显示，NoGo-N2反映抑制的非运动阶段或抑制需要的确认过程，代表反应抑制或冲突监控，约在刺激后200ms开始对NoGo刺激做出反应，并且在额叶区域达到最大值。而P3波是一个负载注意、记忆、思维计算等多种认知功能的综合性指标，NoGo-P3则是对运动反应的抑制，且受按键反应的影响[20]，也被认为是反应抑制的指标，在300～500ms的时间窗内产生，P3波幅降低与攻击、冲动行为有关[21]。而GAJEWSKI等[22]则认为，NoGo-N2反映对未成熟计划的抑制，而NoGo-P3与行为反应抑制有关。因此，N2、P3均与反应抑制相关，可反映冲动控制的心理过程，N2可能为抑制的确认阶段，而P3可能为反应抑制的行为阶段。

本研究结果显示，脑外伤组与对照组均表现出NoGo-N2波幅大于Go-N2波幅，NoGo-P3波幅大于Go-P3波幅，说明本实验范式成功地诱导了反应抑制效应，与之前的研究报道[9，23]一致。即与Go刺激相比，NoGo刺激引起的波幅更大，该特点与本研究所用任务的刺激比例（4∶1）有关，NoGo为小概率刺激，则可引出更大的波幅。

两组被试ERP结果比较发现，在NoGo刺激条件下，脑外伤组的NoGo-N2波幅、NoGo-P3波幅均低于对照组，差异具有统计学意义。目前，大量研究结果[24-26]表明，与对照组相比，TBI患者的P300波幅降低，潜伏期延长，或N2、P3的波幅、潜伏期出现异常。也有对脑震荡患儿进行ERP的研究[27]发现，患有脑震荡的儿童在注意力、工作记忆和冲动控制方面表现出行为缺陷，以及事件相关电位N1、N2和P3成分的神经电变化。本研究结果与以上研究结果不一致，可能与对象选择标准不同或研究所用刺激任务不同有关。CANDRIAN等[28]对脑外伤患者P300波幅的纵向研究表明，随着时间的推移，脑外伤患者的P300波幅逐渐恢复至与正常人相当，脑外伤患者在受伤后1周P300波幅低于正常人，然而在伤后3个月至1年的时间，波幅恢复正常。本研究对象均为脑外伤后6个月及以上的患者，结果与CANDRIAN等[28]的研究不相符，可能是入组标准不同所致。本研究对象均为伤后至少6个月，且遗留精神障碍，CT表现均有器质性的改变，而CANDRIAN等[28]所研究的脑外伤患者为入院患者，CT表现正常。研究结果[10]表明，反应抑制缺陷与冲动行为有关，高冲动的人存在反应抑制缺陷。高冲动性人群（如网络成瘾者）的ERP研究结果[29]发现，与对照组相比，网络成瘾组NoGo-N2波幅降低，NoGo-P3波幅升高，NoGo-P3峰潜伏期延长，提示网络成瘾者信息处理效率低，冲动控制能力差。对人格障碍患者研究结果[30]也发现，NoGo-N2、NoGo-P3波幅降低，同样提示其反应抑制功能受损。本研究中，与对照相比，脑外伤患者NoGo-N2、NoGo-P3波幅降低，表明创伤性颅脑损伤可导致轻度精神障碍者冲动控制能力下降。

潜伏期反映大脑对信息的处理速度，其中N2潜伏期反映对冲突监测的速度。P3潜伏期是指大脑对给予的刺激序列进行分类、评估所需要的时间，随着任务难度的增加而延长，独立于反应的选择和执行，P3潜伏期通常与反应时呈正相关[31]。本研究结果显示，在Go、NoGo刺激条件下的N2、P3成分的潜伏期差异均没有统计学意义，提示两组被试大脑对刺激的信息处理、评估等的时间相当，脑外伤对信息处理及后续的认知加工速度并没有明显的影响。这似乎与行为学结果不一致，行为学结果显示脑外伤组对Go刺激的反应时长于对照组，可能原因是脑外伤患者主观上不合作，故意延迟按键。

3.4 结论

综上，本研究运用Go/NoGo任务结合心理测量量表BIS-11，对司法鉴定中的脑外伤患者的冲动控制能力进行研究，结果表明，脑外伤可致轻度精神障碍者冲动控制能力受损，且NoGo-N2、NoGo-P3波幅可作为脑外伤所致精神障碍者冲动控制能力评定的重要参考指标。本研究结果为ERP在法医学中的应用提供了理论基础，同时也显示了ERP在未来法医学应用中的巨大潜力。此外，本研究样本量相对较少，未来有待于扩大样本量进一步验证，并对不同脑区受损的患者及不同等级冲动性进行更细致的探讨。