视觉事件相关电位在颅脑损伤和视功能评估中的研究与展望

靳康佳，王旭，4

1.中国政法大学 证据科学教育部重点实验室，北京 100088；2.司法文明协同创新中心，北京 100088；3.中国政法大学法庭科学标准研究中心，北京 100088；4.重罪检察证据分析研究基地（中国政法大学），北京 100088

事件相关电位（event-related potential，ERP）是一种特殊的诱发电位，是指特定刺激作用于感觉系统或脑的某一部位，在相应脑区所引起的电位变化。这种电活动与任务相关的高级皮层神经处理过程相关，是受试者对刺激信息进行认知加工的客观证据。视觉信息作为一种特定的刺激，在视网膜成像后，经三级神经元传入大脑枕叶的视觉中枢，再经不同的高级视觉皮层处理加工，最终形成双眼立体视觉。视觉ERP是由两种或两种以上视觉刺激信号编成的刺激序列并通过不同范式诱发的，代表人脑某个特定认知加工过程的神经电信号，具有很高的时间分辨率。本文现将视觉ERP 主要内源性成分的特征以及近年来视觉ERP 在颅脑损伤后认知功能障碍、各类视觉功能障碍客观评估方面的相关研究综述如下，并对视觉ERP在法医学实践中的研究价值进行展望。

1 视觉ERP 主要内源性成分

根据物理刺激与神经活动的相关性，视觉ERP的成分主要分为外源性成分和内源性成分，其中内源性成分与人类高级心理活动有着密切联系，是目前视觉ERP 研究的重点，故本文主要集中于对视觉ERP的内源性成分，包括视觉失匹配负波（visual mismatch negativity，vMMN）、N200、P300 等。值得注意的是，由于大脑神经活动的复杂性，不同性质的视觉内源性成分间的界限并非完全清晰。许多早期经典成分被证实并不是由单一信号引起，或许包括了不同脑区进行的类似但仍有差异的计算过程[1]。

1.1 vMMN

失匹配负波（mismatch negativity，MMN）最初被发现于听觉模式中：当一组规律的听觉刺激中突然出现一个强度、频率不同的刺激时，便会诱发一个峰值位于200 ms 左右的负性成分[2]。此后CZIGLER 等[3]报道了一种在视觉模式下与偏差刺激自动检测有关的负性成分，并于2002 年将其命名为vMMN。研究[4]表明，在注意状态下，位于视野中央的偏差刺激引发的vMMN 起源于右侧枕叶视觉区（BA19）及右侧前额叶。目前，普遍认为vMMN 反映了大脑对违背预期模式的目标的鉴别过程[5]，是监测视觉前注意加工过程的电生理指标。

在视觉任务中，vMMN 可以被颜色、面部特征等相对复杂的视觉刺激所引出[6]，也可以在单眼半侧视野范围内被激发，位于旁中心视野的偏差刺激同样可以诱发vMMN，由于视觉刺激出现的位置不同，vMMN的振幅可呈现较大的变异[7]。vMMN 具有以下优点：对偏差刺激敏感，具有相当的自动性，在注意或非注意状态下均可引出，且不需要被试者做出反应。因此，vMMN 适用于配合度较低（如精神不集中）的被试者，在鉴别视力损害的伪装方面具有一定的潜力。

1.2 N200

1982 年，RITTER 等[8]发现在视觉任务中，第二个主要的负向成分N200 可反映任务的分类效应。时至今日，N200 已经成为一个含有数个子成分的家族，根据不同视觉任务下的头皮分布特征[9]，被细分为：N2a（位于额叶前部，被证实与失匹配有关）、前部N2（位于额-中央区，包括N2b、no-go N2 等）、后部N2［位于顶后部，如N2-posterior-contralateral（N2pc）等］。其中，前部N2 可反映刺激识别过程中竞争反应的冲突控制效应[10]，这一特点可被用于情绪相关的认知研究；后部N2 的子成分N2pc 是由靶刺激诱发，分布在注意视野对侧半球后部的负向偏转电位，与注意集中的过程有关，其振幅易受到刺激视野、目标干扰物以及目标刺激偏心率的影响[11-13]，在运动感知等高级视觉功能乃至心理学领域有一定的研究价值。

由于脑区、作业任务或刺激属性不同，N200 具有不同的表现和意义。尽管N200 已经逐渐显示出一定的研究价值，但现阶段国内外法医学者对N200 成分进行的单独研究仍较少，大多将其与P300 等其他内源性成分一并作为视觉任务的观察指标。这类研究主要包括情绪识别、视野分布等。

1.3 P300

1965 年，SUTTON 等[14]发现在规律的刺激序列中，一个无法预测的声音或是光线刺激会在头皮诱发潜伏期约为300 ms 的晚期阳性成分，其振幅会随着不确定刺激的概率降低而增加。目前P300 主要包括峰值位于前额的P3a 和峰值位于顶叶头皮的P3b 两个子成分，后者即为通常所指的P300。POLICH[15]认为，P300 的产生可能源于额叶、颞顶叶的激活。其中，P3a最初由与任务无关的新奇刺激所引出而被发现[1]，而后BERTI[16]研究认为，P3a 反映了工作记忆相关信息选择的初始过程，其振幅受前额叶完整性的影响[17]；P3b 由任务相关的罕见刺激所诱发，代表注意资源激活后大脑对注意力和记忆处理自上而下的控制过程[18]。P300 振幅是反映目标刺激影响心理时大脑活动的指标，受到不确定度、注意资源分配[19-21]等多因素的共同影响；P300 潜伏期则反映了大脑对刺激的评估时间。尽管目前对P300 的产生条件及部分影响因素已有一定的认识，但其在认知过程中的具体含义尚存争议，未能达成共识。

现阶段，视觉P300 已被证实与注意、记忆和执行等认知相关活动有着密切联系，故大量相关研究集中于对认知障碍的客观评估和伪装鉴别等方面，此外，P300 也可以反映高级视觉通路对视觉刺激的认知过程。P300 成为现阶段临床及法医学领域研究最多的视觉ERP 成分。

2 视觉ERP 在颅脑损伤后遗症中的相关研究

2.1 视觉ERP 与颅脑损伤后智能减退

智能减退是颅脑损伤所致精神障碍的表现之一，主要包括记忆减退、情感障碍、意志减退等。智能减退导致的日常生活、社会活动能力受限是法医学鉴定中的重要内容，更是划分被鉴定人残疾等级的重要依据。目前法医学智能检查主要依据相关量表等，并结合影像学检查的形态学证据以及临床诊断，对被鉴定人认知功能进行评估，但往往缺乏客观指标支持，检查结果受鉴定人自身经验因素影响较大。POLICH[22]曾提出P300 可作为认知效率的衡量指标，反映了大脑对刺激的分类及评价过程，具有明显的任务效应。随着被试者认知损害的加重，任务难度增加，P300 会相应表现出振幅减小以及潜伏期延长的趋势[23]，这一特点在颅脑损伤致认知损害患者的病情进展及预后的客观评价中显示出独特的临床价值。近年来，国内外法医学者通过研究视觉P300 各项指标与患者颅脑损伤分型及后果之间的相关性，以期寻求客观量化颅脑损伤后智能减退程度的方法。

刘子龙等[24]采用3 种范式对122 名重型颅脑损伤患者进行ERP 检测，发现视觉P300（r≈-0.43）、数字计算P3c（r≈-0.57）、图片再认P500（r=-0.67）的潜伏期与患者韦氏智力测验智商均有不同程度的相关性，联合多项指标推断结果更加可靠。孙会艳[25]利用视觉Oddball 范式对32 名颅脑损伤6 个月以上的患者进行ERP 检测，发现脑外伤组差异刺激的额中点P3a 潜伏期与韦氏智力测验智商（r=-0.90）、日常生活能力量表（r=0.87）和社会功能缺陷筛选量表（r=0.85）存在高度相关性。目前关于视觉P300 相关研究多针对重型颅脑损伤，而实践中80%的创伤性颅脑损伤患者属轻度[26]，对于轻-中型颅脑损伤后智能减退的情况尚需要大量实验来验证。

2.2 视觉ERP 与颅脑损伤后情绪识别障碍

脑实质不同部位和程度的损伤可造成多种临床症状和体征，并遗留不同程度的神经系统功能障碍。社会认知缺陷是颅脑损伤的后遗症之一，情绪识别是社会认知能力的一种表现，是检验颅脑损伤后患者行为和洞察力的标志[27]，情绪面孔加工相关ERP 研究在评估颅脑损伤后情绪识别障碍方面有着很大的应用价值。

13%～39%的中-重型颅脑损伤患者在伤后存在面部情绪识别障碍（尤其是负面情绪）[28]。相较中性刺激，情绪相关的视觉刺激对N200、P300 等成分的振幅影响更大[1]。LEW 等[29]对中-重型颅脑损伤患者进行情绪面孔ERP 检测，发现在检索面部情感提示时，患者表现出明显的行为反应受损和电生理指标下降，包括对愤怒目标刺激的行为反应减慢、P300 的振幅降低和潜伏期延迟。DOI 等[30]利用视觉Oddball 范式对创伤性颅脑损伤2 年后的患者进行情绪面孔检测，也得到了类似的结果，此外，还发现颅脑损伤患者观察微笑和哭泣面孔时的P300 振幅差也较正常对照组减小。李晖[31]利用情绪图片辨别检测序列，对20 名健康人及22 名颅脑损伤半年以上的患者进行视觉ERP 检测，发现较对照组，脑外伤组的P300 振幅表现与先前研究基本一致，并进一步发现，面对愤怒表情，脑外伤组的N200 振幅增高、潜伏期延长，提示颅脑损伤患者对负面情绪的脑部反馈及加工强度增加，同时调节能力减弱，印证了N200 是反应大脑对负性情绪认知加工强度的电生理指标。目前情绪面孔加工相关研究主要集中于神经脑科学领域，法医学相关研究较少，可能是未来法医学研究与应用的重点。

2.3 视觉ERP 与颅脑损伤后记忆障碍伪装

记忆障碍是创伤性颅脑损伤后最常见的认知障碍[32]，最明显的表现是学习新事物的能力受损，而颅脑损伤后记忆障碍与智能障碍是法医学残疾等级评定的重要指标。在司法鉴定实践中，被鉴定人为争取更多的经济赔偿等利益，可能存在夸大或伪装记忆障碍的情况，导致结果可信度差。ERP 具有无创性和客观性，可从神经电生理的角度分析大脑认知加工过程，在鉴别伪装方面具有重要的研究意义。

1996 年，ELLWANGER 等[33]在利用P300 对记忆伪装的研究中发现，对于熟悉的单词和自身信息等记忆项目，即使口头否定，相应的P300 振幅仍然高于非记忆项目，由此可判定被试者是否进行了伪装。在完成任务测试的过程中，伪装记忆障碍的患者常会企图做出与预判相反的抉择。研究表明：欺骗行为下，反应时间延长，前额叶脑活动增加[34]，且大脑在执行不同类型任务（如欺骗）时，特定神经元的活动在脑地形图上可呈现出P300 差异性分布[35]。NEAL 等[36]在一项在对视觉新旧记忆任务的研究中发现，面对旧图片时，与创伤性颅脑损伤患者相比，伪装记忆缺失者左额部F3、FP1 及右额部F4 位点P300 潜伏期显著延迟；同时脑地形图显示，250～400 ms 时期，伪装者面对旧图片时其左额叶脑活动减小，明显向右额叶集中，呈现出额叶分布不对称的情况，与真实患者的额-顶-枕对称分布明显不同。因此，合理应用ERP 范式，结合脑地形图、反应时间、行为正确率等指标，有望为评判轻-中型颅脑损伤患者有无记忆伪装提供客观证据。

3 视觉ERP 在视功能客观评估方面的研究

3.1 视觉ERP 与视觉诱发电位的比较

目前，视觉神经电生理技术是法医学视功能客观评价的主要手段，其中视觉诱发电位（visual evoked potential，VEP）技术对视敏度评估有着重要意义。VEP是利用闪光或图形刺激，在注意状态下诱发并可在枕叶头皮表面记录到的电信号，反映了视网膜到大脑枕叶皮质视觉通路的完整性以及视觉信息在初级视皮层的加工过程，对于眼底或视神经损伤所致的视敏度降低较为敏感，具有定位损伤以及评估视敏度等作用，是目前法医学鉴定中应用最广、最为成熟的客观检查手段。但是，针对皮质盲[37]（大脑枕叶纹状区的视觉中枢发生损伤或病变导致的视觉感知功能障碍，患者仍然存在部分视网膜-视神经-初级视皮层的完整通路）以及不仅存在视敏度降低，还存在对运动或形态的整体感知障碍等视觉缺陷[38]的部分弱视患者，VEP 对上述视功能障碍的检测缺乏敏感性，而视觉ERP 的价值将更加凸显。

一般情况下，利用视觉ERP 评估视功能的机制为：视功能正常与异常者对视觉目标刺激的辨认和感知能力不同，相应的，其大脑高级中枢对刺激的主动识别、加工过程反映在头皮表面即表现为各内源性成分的振幅和（或）潜伏期等指标的差异，以及ERP 地形图中相关脑区的神经电活动差异。与VEP 仅能反映部分视觉通路的特性相比，视觉ERP 能够更加全面地反映被试者完整的视觉神经通路情况。理论上，视觉ERP 不仅对各类损伤引起的视敏度降低具有与VEP 相同的评价效果，还可以进一步结合皮层活动情况探究被试者高级皮质功能异常所致的视功能缺陷。

3.2 视觉ERP 在视功能客观评估的研究进展

2010 年，HEINRICH 等[39]利用改良的视觉Oddball范式对11 名被试者进行裸眼和人为降低视敏度至同一水平情况下的P300 测试，随着光栅空间频率的升高，P300 波形大多在4.2 cpd 到8.3 cpd 刺激之间呈现出由明显引出到完全消失的变化，反映了被试者由“可辨认”到“不可辨认”的过程。MENG 等[40]在非注意条件下利用视觉Oddball 范式检测了单眼不同视敏度的15 名被试者vMMN、P3a 等成分，发现vMMN 和P3a仅被阈值、阈上视敏度的视标诱出，两种视觉刺激情况下的vMMN 振幅无明显差异，而阈上视敏度P3a 振幅较阈值水平大。该研究认为，vMMN 振幅可作为视敏度阈值自动检测的指标，P3a 振幅可进一步反映大脑处理阈值和阈上刺激的差异。BEUSTERIEN 等[41]模拟弱视和白内障两种视敏度降低的情况，利用不同空间频率下靶刺激与非靶刺激诱发的P300 振幅差，测得两种情况下的客观视敏度，进一步推导得出预测视敏度，并与实际主观视敏度进行比较，发现：（1）两种情况下测得的客观视敏度不存在明显差异，说明P300 在客观反映两种视敏度降低情形上具有一致性；（2）利用实验数据推导得出的预测视敏度与主观视敏度差异较小［差异分别为（0.08±0.01）logMAR 与（0.11±0.02）logMAR］。上述研究体现了vMMN 与视觉P300 振幅具有反映客观视敏度指标的能力。

伍叶等[42]利用视觉Oddball 范式对视力水平相近的屈光参差性弱势眼、对侧眼、正常眼分别进行ERP检测，发现弱视患者的弱视眼经高空间频率光栅刺激所诱发的P3b 波潜伏期较正常眼延长，说明弱视患者对刺激的认知、加工所需时间更多，结合低分辨率脑电磁断层扫描成像技术转换的脑影像融合模拟图，溯源、分析后发现弱视眼各空间频率上BA17、18、19 区激活均有减弱的表现，证实屈光参差性弱视患者的中晚期视觉加工能力存在一定程度的损害。此类研究表明，视觉ERP 在明确初级视皮层及之后的视觉加工过程方面有一定的研究价值，而从法医学角度出发，尚需大量实验以进一步证实其应用价值。

4 展 望

ERP 在我国法医学领域仍处于研究的初始阶段。近年来，利用视觉ERP 技术，从不同角度探索认知功能、视功能等客观评价方法，是其在法医学领域的主要研究内容。视觉ERP 同时也存在着明显的不足：首先，从研究者的角度出发，实验设计欠规范，各成分时间窗的设定存在分歧，研究者间缺乏共识，同时存在缺少公认的实验室标准值等基础指标的问题；其次，从该技术自身角度出发，与VEP 等成熟的视觉电生理技术相比，视觉ERP 存在神经传导通路不详，波形起源尚未完全研究确切，影响因素众多，结果可靠性弱；第三，操作复杂，一些难度较大的任务不适用于智力较低或主观不配合检查的被试者，同时该检查耗时长，导致工作效率低、被试者易疲劳等缺陷，限制了其在法医学领域的应用。

然而，ERP 有着时间分辨率高、无创、客观等独特的电生理学优势，可以连续、客观地记录大脑对视觉信息的加工过程，应用范围广，在颅脑损伤后精神智能损害、视觉功能障碍甚至失语等的客观检测方面均有广阔的研究前景。法医学是一门实践性强的应用学科，未来可以从以下几个方面对视觉ERP 进行深入探索：根据不同的研究目的，探究简单、可行性强的实验范式，考虑到不同情况的被鉴定人对任务难度的接受程度以保证检查方法的普遍适用性；联合应用多种客观检查方法，综合研究以及全面评估视觉、认知等功能障碍；获取正常人不同任务下各成分的潜伏期、波幅等数据，制定法医学领域的评定标准，以及建立相关数据库等。随着神经科学研究的进步，ERP 技术有望成为诱发电位技术的补充与延伸，并成为评定颅脑损伤相关后遗症的客观辅助手段，为法医学鉴定实践提供可靠证据。