急性应激和性别对健康被试感觉门控的影响

辛增友，陈安梅，李 红

（1.辽宁师范大学脑与认知神经科学研究中心，辽宁大连116029；2.闽南师范大学教育科学学院，福建漳州363000；3.漳州职业技术学院，福建漳州363000；4.深圳大学心理与社会学院，广东深圳518060）

急性应激是个体面对强有力挑战时出现的多通道反应.研究表明急性应激能激活一系列神经生化反应，释放多种神经调节剂，改变大脑广泛区域的神经元集群功能[1].感觉门控是对抑制功能的神经生理学测量，它通过成对Click范式（the Paired-click Paradigm）进行评估.该范式中呈现间隔短暂的“听觉刺激对（S1和S2）”同时记录脑电反应；感觉门控表现为第二个刺激（S2）诱发的P50振幅相对第一个刺激（S1）诱发的P50振幅减小.通常S1诱发的P50振幅减去S2诱发的P50振幅（门控差），或者S2诱发的P50振幅除S1诱发的P50振幅（门控比）是量化门控机能的方法[2-4].临床领域除了研究P50门控，也有考察N100和P200门控，即用听觉刺激对诱发的N100和P200成分振幅分别计算.

Freedman最早发现精神分裂症病人及其直系亲属展示出P50门控不足特征[5]，后期大量研究反复支持该发现[6]，因此P50门控常被作为精神分裂症的内表型进行研究.但感觉门控的常模特征方面，仅有限研究关注到健康个体中性别和应激的影响，报告结果不一致(见表1).

表1 健康个体听觉门控的性别与急性应激效应研究Tab.1 Studies investigating sensory gating concerning gender difference and acute stress effects

三个研究支持女性P50门控比男性差，有六个研究没有报告性别差异.P50振幅也报告显著不一致结论.急性应激应能导致P50门控受损，但是其对P50振幅的影响不一致.N100和P200结论更不统一.目前仅有一项研究关注急性应激对感觉门控影响的性别效应，其被试在出声心算(应激干预)时进行门控测试[16]，报告了有价值的结论.但该研究不足之处有：1）门控测量与心算应激同时进行，因P50为非前注意加工成分，能受注意和工作记忆影响[20]，结果必受其干扰；2）出声心算必导致运动伪迹；3）数据来自两个独立研究，且试次间隔不统一，试次间隔能显著影响P50波形(如Zouridakis[21])；4）两批次数据分别提供了内容或获取方法不统一的应激诱发指标，且仅关注了交感神经系统指标；5）其他还包括两个实验脑电成分叠加试次数不同质，样本量小等问题.

本研究严格控制相关变量，以考察性别、急性应激对门控的影响.月经周期相关的激素波动能影响工作记忆，反应抑制[22]，唤醒状态(如Goldstein[23])等.故本研究选择处于黄体期性激素相对稳定阶段的女性进入研究.大量研究表明P50神经源包括海马和前额叶(PFC，如Jones[4])，而应激激素受体在这些区域密度非常高[24]，故本研究预期应激干预显著损害门控功能.P50门控是对抑制功能的神经生理学测量，但有研究提出其功能受损涉及两个相对独立机制，即感觉登记受损(S1诱发P50振幅下降)和重复刺激抑制受损(S2诱发P50振幅下降幅度变小，如Boutros[25]).它们可能受应激影响不同且可能有性别差异.因此本研究要澄清该问题，亦探索对N100和P200门控效应.

1 研究方法与程序

1.1 被试

43名健康大学生参与了本研究.其中一女性中途退出，一男性因技术问题剔除分析，最终24名男性，17名女性进入分析.女性要求月经规则（28-32天）且处于黄体期中期（第16至第24天）参与.所有被试实验前6小时内禁烟禁酒.

1.2 程序及实验刺激

被试到达即收集正性负性情绪(PANAS)、Beck 抑郁问卷及特质和状态焦虑数据.按图1流程提取干预前后唾液样本，记录心率，收缩压和舒张压数据；唾液皮质醇浓度测量采用Yang[26]描述的标准程序，所有唾液样本储存在-30℃，且在一个月内完成测量.本实验采用被试内重复测量设计，每个被试，冷压力应激（CPS，Cold Pressor Stress）和控制干预间隔至少24小时，干预顺序进行准随机处理.应激干预要求被试把双手、上臂浸入冷水(6～9 ℃)5 分钟，控制干预水温为35～38 ℃，使用的水量和容器相同.仅在应激干预时，实验人员待在旁边佯装记录被试表现，并对其忍耐力做较低评判，增加社会压力.每个被试的应激和控制干预时机固定在实验日的同一时段（如8:00-10:00）以控制昼夜节律干扰.

成对Click 实验的听觉刺激为2 000 Hz，95 dB SPL（声压级），长度为4 ms 的纯音对（S1和S2），整个实验在50 dB 白噪音中进行.声强使用声强仪在耳机听筒处测量.共60 对刺激，刺激对内间隔500 ms，不同刺激对间隔7.5～10 s，以保证神经激活反应恢复[11].

1.3 脑电数据记录、分析及统计处理

在隔音实验室中被试端坐靠椅，放松闭眼，被动完成成对Click 实验，同时记录脑电反应.脑电根据10-20 系统使用32 导脑电设备记录(Brain Product，GmbH，Germany)，参考电极为FCz，接地电极位于额中区域，垂直和水平眼电在左右眼眶边缘记录.所有电极阻抗≤5 kΩ，使用0.05～100 Hz 在线滤波，采样率为1 000 Hz.离线用左右乳突平均参考和50 Hz 陷波滤波.参考以往研究，提取P50数据使用10～50 Hz 滤波（24 dB/octave），-100～200 ms 分段；提取N100和P200数据使用1～30 Hz 滤波（24 dB/octave），-100～400 ms 分段.剔除运动伪迹试次（超过±75 μV），男女被试各条件段数无统计差异.对Cz 点数据总平均后用matlab 进行自动峰值检测，结合Excel绘制的波形图进行视觉检查，确保准确提取P50，N100和P200的潜伏期与振幅.P50定义为刺激呈现后45～90 ms 的最正向反应，且之前存在一个15～45 ms 的正向P30波.N100和P200定义为最突出的正成分和负成分复合体(N100:80～180 ms，P200:120～250 ms)[27].P50振幅是相对于N40（定义为在P30和P50之间最负向的波）振幅测量；N100和P200振幅都是相对基线测量.S2各成分的振幅和潜伏期提取，除了满足上述标准，还要求S2诱发的P50要在S1诱发的P50潜伏期±15 ms内，N100和P200要在±30 ms内.门控差定义为S1诱发的P50（或N100，或P200）振幅和S2诱发的相应成分振幅差的绝对值；门控比为S2诱发P50（或N100，或P200）振幅除S1诱发的相应成分振幅.

所有数据用SPSS19.0统计，且方差分析前，所有数据进行Shapiro-Wilk正态化检验，最终脑电数据进行Box-Cox转换以保证正态性；统计采取了必要的数据校正(如球形检验不符则用Greenhouse-Geisser校正).

2 统计结果

2.1 特质焦虑，情绪状态和应激状态

对实验前基线情绪数据进行2（性别）×2（干预：应激或控制）混合测量方差分析，结果表明正、负情绪、状态焦虑和抑郁都无性别主效应（p 值分别为0.86，0.29，0.48，0.59），干预主效应（p 值分别为0.44，0.64，0.24，0.77）及交互效应（p值分别为0.99，0.22，0.22，0.88），特质焦虑亦无性别差异（p=0.85）.

对皮质醇和心血管数据进行了2（时机：干预前或干预后）×2（干预：应激或控制）×2（性别）混合测量方差分析.结果表明干预主效应出现在心率(F(1，39) = 14.13，p = 0.001，η2 p = 0.27)，舒张压(F(1，39) =16.3，p ＜0.001，η2 p=0.3 0)，收缩压(F(1，39)=11.25，p=0.002，η2 p=0.22)和皮质醇(F(1，39)=7.09，p=0.011，η2 p=0.15)上，且有显著性别主效应.女性心率和皮质醇高于男性（p ＜0.05）；而男性舒张压临界高于女性（p=0.051），收缩压显著更高（p ＜0.001）.时机与干预的交互效应出现在舒张压(F(1，39)=7.50，p = 0.009，η2 p = 0.16)，收缩压(F(1，39) = 6.02，p = 0.019，η2 p = 0.13)和皮质醇(F(1，39) = 13.0，p=0.001，η2 p=0.25)上.具体而言，血压在控制实验中，干预前后测量没有差异；然而应激实验中，干预后数据显著高于基线数据（p ＜0.002）；皮质醇数据呈现一样结果（p ＜0.05）.

2.2 脑电数据

2.2.1 P50 潜伏期，振幅和门控

总平均波形见图2.振幅、潜伏期和门控数据见表2.对P50振幅和潜伏期进行了2(性别)×2(刺激：S1，S2)×2(干预：应激、控制)混合测量方差分析.结果表明：P50潜伏期无任何主效应或交互效应；P50振幅有刺激主效应(F(1，39)= 25.29，p ＜0.001，η2 p= 0.40)，刺激×干预交互效应(F(1，39)= 17.18，p ＜0.001，η2 p=0.31).具体而言应激干预后S2诱发的P50振幅显著大于控制干预后S2诱发的(p=0.01)，两种干预后S1诱发的P50振幅无差异；S2诱发的P50振幅都比同条件下S1诱发的要显著小（p ＜0.037）.对P50门控比和门控差进行2(性别)×2(干预)混合测量方差分析表明，P50门控比无性别效应和性别×干预交互效应，但有干预主效应（F(1，39)=9.72，p=0.003，η2 p=0.204）；P50门控差结果一样：控制干预相对应激干预，显示出更好的门控功能（F(1，39)=17.18，p ＜0.001，η2 p=0.311），无性别效应及交互效应.

图2 两性Cz点的听觉诱发电位总平均波形（10～50 Hz滤波）Fig.2 Grand averaged potential waves(Cz)for both genders(bandpass filter=10～50 Hz)

2.2.2 N100潜伏期，振幅和门控

总平均波形见图3.振幅、潜伏期和门控数据见表2.对N100振幅和潜伏期进行了2(性别)×2(刺激)×2(干预)混合测量方差分析.潜伏期无干预主效应及其他交互效应，但有刺激主效应(F(1，39)=6.63，p=0.014，η2 p=0.145，S1诱发的N100潜伏期相对S2的更长)和临界性别效应(F(1，39)=3.39，p=0.073，η2 p=0.08，男性长于女性).N100振幅有刺激主效应(F(1，39)=80.92，p ＜0.001，η2 p=0.675，S1＞S2)和性别主效应(F(1， 39) = 5.14， p = 0.029， η2 p = 0.116，女性大于男性)，以及有临界性别× 刺激交互效应(F(1，39)=4.04，p=0.050，η2 p=0.094).女性比男性有更大的S1诱发的N100振幅(p=0.028)和稍大的S2诱发的N100振幅(p=0.077).N100门控比和门控差也进行了2(性别)×2(干预)混合测量方差分析.门控比数据没有性别和干预主效应，及交互效应；N100门控差也呈现类似结果，但存在临界性别主效应(F(1，39)=4.04，p=0.050，η2 p=0.094)，女性有稍更好的门控功能.

图3 两性在Cz点的听觉诱发电位总平均波形（1～30 Hz滤波）Fig.3 Grand averaged potential waves(Cz)for both genders(bandpass filter=1～30 Hz)

2.2.3 P200潜伏期，振幅和门控

总平均波形见图3.振幅、潜伏期和门控数据见表2.P200振幅和潜伏期进行2(性别)×2(刺激)×2(干预)混合测量方差分析表明，潜伏期仅有刺激主效应(F(1，39)=9.31，p=0.004，η2 p=0.193，S1诱发的P200潜伏期长于S2的)；振幅有干预主效应(F(1，39)=4.43，p=0.042，η2 p=0.102)，刺激主效应(F(1，39)=37.89，p ＜0.001，η2 p=0.493)和性别效应(F(1，39)=6.34，p=0.016，η2 p=0.14)，以及刺激和性别交互效应(F(1，39)=4.47，p=0.041，η2 p=0.103).P200振幅在应激干预后，相对控制干预显著下降(p=0.042)，女性比男性有更大振幅(p=0.018)，但S2诱发的P200振幅上无性别差异.门控比和门控差的2(性别)×2(干预)混合测量方差分析表明：门控比没有显著的性别、干预及两者交互效应；门控差呈现了类似结果，但有显著的性别主效应(F(1，39)=4.47，p=0.041，η2 p=0.103)，女性有更好的P200门控.

3 讨论

结果表明应激干预导致更高的收缩压、舒张压和皮质醇浓度，但心率相对更低；控制干预没有引发血压及皮质醇的显著改变.这些数据变化模式与以往应激干预研究发现一致[28]，故成功诱发被试处于应激状态.两性各实验条件下基线情绪测量没有差异，说明本研究数据具备分析比较基础.

成对Click范式中，门控定义为S2诱发的ERP成分振幅与S1诱发的相应振幅之比或振幅差[2，4]；比值大或振幅差绝对值小意味着门控功能差；在门控机制层面上，有研究认为S1诱发的P50振幅减少反映感觉登记变弱，而S2诱发的P50振幅提升则反映抑制功能减弱(如Boutros[25])，都可能导致门控异常.本研究发现应激导致S2诱发的P50振幅显著提升，而S1诱发的P50振幅无变化，最终导致P50门控下降，这表明应激干预损害重复刺激抑制，导致门控功能受损，而感觉登记未受影响.该发现与Johnson[15]和Atchley[19]的研究一致.而Woods 等[3]没有发现应激干预损害P50门控的证据，最可能是Woods 等使用的CPS 干预时间短，仅要求把手浸入冷水50 秒，不足以刺激应激系统释放足够应激激素，损害门控功能.本研究使用更强的CPS 应激程序，且心血管和皮质醇数据都证实诱发了生理层面的应激反应.众所周知，急性应激能激活广泛分布的去甲肾上腺素能网络，激活额叶多巴胺能系统，以及在稍长时间上激活HPA 轴释放皮质醇[1，24]，这些激素受体密布于PFC，而PFC 又是P50抑制的主要神经源[4].因此急性应激应该通过诱发高水平应激激素瓦解PFC等脑区的神经抑制网络，损害对S2的P50抑制机制，导致门控功能受损.

White等[13，15]发现心算应激期间S1诱发的P50振幅下降，这异于Johnson[15]，Atchley[19]和本研究发现应激导致S2诱发的P50振幅提升，而对S1诱发的P50无影响.因将注意指向S1和S2能提升健康被试的P50振幅[20]，且执行成对Click任务时的出声心算能使被试将注意指向心算任务，这导致对Click刺激加工资源有限可能是该研究发现S1诱发的P50振幅下降的原因.该情况在Johnson[15]，Atchley[19]和本研究中不存在，因为门控测量皆在应激干预后进行，且任务执行期间没有额外的认知加工卷入.

本研究发现在P50振幅和门控上无性别差异，这与以往多个研究是一致的[9-11，13-14].Freedman等[8]报告了P50门控无性别差异，但是他们发现女性有更高S1诱发的P50振幅.然而Franks[7]和Hetrick[2]报告了女性有显著更大S2诱发的P50振幅，Fuerst[12]则报告了男性有更大的S1诱发的P50振幅.这些研究发现的不一致，不太可能通过P50成分和反应抑制的神经解剖结构源等进行合理的解释，它更可能是状态依赖的.因为分析这些研究的设计，提取成分的程序，被试任务执行时要求等，综合起来缺乏一致性差异模式；另一方面，P50成分和反应抑制的神经源包括听觉皮层，海马，丘脑和PFC[4]，然而很多研究表明这些神经解剖结构无性别差异[29].如前所述，月经周期能影响人类的很多认知加工，尤其Goldstein[23]发现月经能调节女性的唤醒状态，如在卵泡期早期雌性激素水平低下，导致对杏仁核抑制不足，个体倾向处于高唤醒状态，然而在雌性激素水平高的月经中期，总体的脑激活水平则下降.研究还表明不同的脑激活程度能导致不同的P50反应[30]，应激状态和性激素分泌活动之间又存在显著交互作用[31]，因此这些研究发现不一致的机制可能与性激素周期波动有关.

本研究表明应激干预对P50振幅及门控影响无性别差异，而White 等[16]发现了性别差异，女性在出声心算应激期间S1诱发的P50振幅显著下降，男性则没有，该研究没有控制女性被试的月经周期变量.因此除了前文述及的研究设计不严谨，应激诱发程序有问题外，该研究还可能使用了相对更多的卵泡期早期女性被试，导致如此发现.而本研究使用的女性处于黄体期中期，即第二个雌性激素高峰期，抑制性神经功能网络相对活跃，她们因此可能与男性在大脑唤醒水平上及门控功能上相当.因此未来研究应选择处于不同月经周期的健康女性被试，不仅依赖自评报告数据，更要结合使用性激素测量数据准确确定被试月经周期阶段，系统考察两性在感觉门控的差异，进一步证实和拓展本研究发现.

N100和P200门控，相关研究少且结论不一致.据Hetrick[2]的发现，女性与男性相比有显著更高S2诱发的N100振幅和更差的N100门控比，但P200振幅和门控比没有性别差异，Fuerst[12]报告男性比女性有更大S1诱发的N100和P200振幅，N100和P200门控功能也优于女性；然而其他研究没发现性别差异[10，13].本研究显示女性比男性有更大S1诱发的N100和P200振幅，及N100和P200门控差.除前文提及，女性性激素波动导致的唤醒水平可能促成了这些结果的不一致，各研究在实施程序和指导语的非标准化可能潜在操纵了被试的注意状态，亦是合理的解释.Gjini[20]发现注意状态对N100和P200的振幅与门控功能有显著影响.据成对Click范式的典型模式，被试通常被要求保持清醒，减少眼动或闭眼，或睁眼保持清醒，或睁眼注视某固定点等，对被试的注意状态缺乏控制.因此非标准化施测程序能引发不同的注意状态，同时结合性激素波动影响，或与之交互作用，导致了复杂的结果模式.

有研究提出该范式中N100反映了注意加工的早期定向，P200反映了注意的早期分配和刺激觉知并进入工作记忆[20，32].本研究发现女性比男性有更大S1和S2诱发的N100振幅，由此可能说明女性更加警觉敏锐，随后则将更多注意资源分配到相关信息加工（反映在女性比男性有更大S1诱发的P200振幅上）；同样应激干预导致P200振幅显著下降，说明急性应激损害了选择性注意资源分配，此发现与注意领域应激研究报告一致，其机制应该涉及了急性应激能通过瓦解PFC 抑制性神经网络功能，损害个体的选择性注意[33].N100门控方面，White等[16]使用出声心算应激，发现N100门控受损.在成对Click范式中，只有相同的S1和S2短暂呈现，加工资源总是充足的，这应解释了为何本研究没有发现应激干预对N100和P200门控的效应，而White等却有相反的发现，因为同时进行的出声心算任务严重占用加工资源，导致加工Click 时可用资源匮乏，加上应激压力带来的抑制功能受损，White等实验中N100门控测量结果可能因此显示出显著效应.

关于潜伏期，本研究发现S1诱发的N100和P200潜伏期明显长于S2的，且类似趋势在P50上也出现了，这种潜伏期差异模式也出现在以往研究中[2，12-13].鉴于相关文献比较缺乏，研究者也极少对此分析，因此很难进行确信解释.潜伏期可能与加工深度有关，S2的感知加工由于感觉门控功能而加工不足，故相对S1潜伏期更短.基于此假设本研究还发现男性N100潜伏期稍长于女性，可能的情况是，女性虽在N100时间窗中感知加工更警觉，注意能更好地定向到重要信息上（如前述，女性N100、P200振幅及门控差更大），但总体上其对信息的加工深度可能不及男性.总之尽管不能更好地解释潜伏期数据，本研究潜伏期结果模式与以往研究一致，却也佐证了本研究成功提取了P50、N100和P200成分.

关于成对Click 范式在精神病理领域应用，基于本研究，应该重视对可能诱发个体应激状态的内外刺激进行严格控制，尤其N100和P200门控机能上更多与高级注意功能相关，临床上应谨慎使用，但无论如何认识P50、N100和P200门控在临床中的价值，首要工作应该进行门控数据记录（如注意控制）和提取过程的标准化.