雙眼競爭研究范式在精神科的應用

朱怡康李春波吳文源

雙眼競爭研究范式在精神科的應用

朱怡康1李春波1吳文源2

雙眼競爭是客觀恒定的物理刺激與主觀不斷交替的知覺體驗相分離的一種視覺生理現象。國外已有研究者將雙眼競爭范式應用于精神疾病研究，國內這方面研究尚處于起步階段。雙眼競爭的測量指標可以客觀反映受試者意識狀態并可作為精神障礙患者特殊視覺信息識別功能的主要研究手段，這對于研究精神疾病相關癥狀的發生具有啟示意義。

雙眼競爭 意識 無意識 視覺信息識別 精神疾病

目前，關于意識相關問題的研究是生理學、神經生理學和神經影像學等領域的一個熱門課題。雙眼競爭（Binocular Rivalry)是客觀恒定的物理刺激與主觀不斷交替的知覺體驗相分離的一種視覺生理現象，是研究意識問題的突破口之一［1］。隨著研究方法和技術的改進，雙眼競爭的研究手段已從起初的行為學試驗擴展到電生理、腦電以及腦功能成像等。國外已有研究者將雙眼競爭范式應用于精神疾病研究，國內這方面研究尚處于起步階段。本文從PUBMED、WEB OF SCIENCE、CNKI、VIP及Google等國內外數據庫檢索了1960年-2010年雙眼競爭研究范式運用于精神疾病研究的文獻，現作如下綜述。

1 雙眼競爭的機制及理論模型

在雙眼競爭現象中，刺激是“定量”，而視覺成像卻是“變量”，這場知覺支配權是發生在大腦的某些區域，還是視覺加工通路的某個環節上，神經信號的波動是否起到誘導作用，尚待研究中。

目前，雙眼競爭的神經機制仍存在眾多爭議，但普遍的觀點是表征競爭刺激的神經元組之間相互抑制是造成這一現象的根本原因，且其發生在多個階段［2］。神經影像學研究發現視覺加工早期可測得雙眼競爭的神經信號。通過血氧水平依賴腦功能性成像技術發現初級視皮層（V1)和外側膝狀體的神經活動明顯減低，從而提出了雙眼競爭的早期加工模型，但Blake等［3］后來認為初級視皮層活動減低可能是高級視覺加工區域的反饋抑制所致，雙眼競爭既存在于早期加工過程亦存在于晚期加工過程，分布在視覺加工的各個層次。Tong等［4］通過實驗驗證提出了雙眼競爭的多層次混合模型，即神經元之間的興奮連接通過協調表征不同視覺空間區域的神經元活動，以促進知覺的組織進程。單眼神經元的興奮連接會促進具有相同或相似方位調制特性的神經元之間的組織；雙眼神經元的興奮連接負責相鄰區域模式級別上的組織。來自較高加工水平的反饋信息可以調節早期視覺加工神經元的活動。對模式選擇神經元的興奮性反饋不但可以說明選擇性注意的調節作用，而且對表征相鄰區域神經元的興奮性反饋又起到了知覺組織增強效果。反饋還可以直接地或間接地激活抑制性神經元及調節抑制性神經元的活動強度。最近有學者認為，包括右側頂上葉皮層在內的更高級的大腦皮層活動與知覺交替之間存在“鎖時”關系［5］。Carmel等［5］研究發現，對右側頂上葉皮層區域給予重復經顱磁刺激，可縮短雙眼競爭的知覺持續時間，從而提示右側頂葉對競爭中維持現有知覺狀態起調節作用。可見，雙眼競爭的機制和理論模型還有待進一步發現和完善。

2 雙眼競爭的測量指標及影響因素

雙眼競爭的測量指標可分為行為學指標和生理學指標。行為學指標主要包括：①知覺持續時間，為從單次獲取知覺主導權到被競爭刺激所取代之間的時間；②意識交替的平均速率，為單位時間內從一種意識狀態切換到另一種意識狀態的次數；③靶刺激正確率，為競爭刺激后一定時間內對于給定的靶刺激作出行為學判斷；④靶刺激反應時間，為競爭刺激后給定靶刺激的出現到作出行為學判斷的時間。生理學指標有放電頻率、放電同步性、血氧水平依賴性等。放電頻率是動作電位串的重要屬性，平均放電頻率的高低表示信號的強弱。Wilke等［6］發現雙眼競爭現象中刺激處于可見或不可見時，背側和腹側枕神經元放電反應速率存在變化，而外側膝狀核神經元放電反應速率無改變。Sterzer等［7］通過腦磁圖檢測人臉圖片刺激在雙眼競爭抑制下處于不可見時，是否會激起人腦的類別特異性反應。結果發現M170(目前公認的一種面部特異信號）其振幅出現明顯減弱，但較之與不可見的房屋圖片刺激，M170潛伏期和導聯部位都存在明顯差異。

刺激材料的對比度、亮度、空間頻率及運動狀態等屬性是雙眼競爭的主要影響因素。刺激材料的清晰度、可辨別性、方位襯度、語義內容等也會對雙眼競爭產生影響。增加刺激的對比度，即降低知覺的穩定性，增加競爭的發生率［8］。運動的刺激比靜止的刺激在雙眼競爭中占優勢［9］。刺激圖片處于競爭抑制時，不同方位的局部存在異質性，知覺交替的空間起始點最早出現在方位襯度較高的區域［10］。較之于中性語義內容，情緒描述性或情緒誘導性負性語義內容的競爭抑制持續時間更長［11］。也有學者認為雙眼競爭是視覺注意的一種表現形式［12］。外源性注意能有效決定競爭初始階段某刺激初次支配權，并對競爭過程產生影響［13］；內源性注意在雙眼競爭中也存在影響作用，被試某種程度上可以人為地加快或減緩知覺交替變化的速率［14］。當受試者注意力從雙眼競爭轉移到某個視覺注意分散任務時，雙眼競爭的視覺交替頻率減慢；當受試者注意轉移到某個聽覺注意任務時，雙眼競爭的視覺交替頻率亦減慢［15］。Zhou等［16］發現當嗅覺刺激和視覺競爭刺激圖片之一相疊加時，可延長該圖片的知覺持續時間，提示嗅覺信號對雙眼競爭的動態過程亦會造成影響。此外，受試者的情緒和精神狀態，對刺激材料的熟悉程度，精神活性物質使用情況對雙眼競爭也會造成影響［17］。研究結果顯示，受試者處于情緒急躁狀態時，雙眼競爭知覺交替速率比正常受試者高［18］。今后將有可能發現更多雙眼競爭的影響因素，提高測試中雙眼競爭測量指標的準確性和客觀性。

3 雙眼競爭在精神科的應用

起初，雙眼競爭研究范式主要運用于知覺組織、意識與無意識等基礎心理學研究［2］。例如，Yan等［19］通過雙眼競爭范式探究吸煙者在沒有意識到吸煙相關刺激時，注意偏差是否受到意識調節。結果發現吸煙者在無意識狀態下對煙草圖片存在注意偏差，但這種無意識狀態下的注意偏差與煙草依賴量表評分呈負相關，而在意識狀態下的注意偏差與煙癮調查問卷評分呈正相關。這一結果表明，意識狀態下的注意偏差可能受到煙癮意識的調節，而與依賴程度無關，調節因素諸如渴望，戒煙意愿，態度以及厭惡情緒等。有趣的是，不吸煙者在意識狀態下也存在注意偏差，進一步提示這種注意偏差是受意識的調節，甚至可能與煙癮無關。

雙眼競爭這一范式在研究無意識神經機制方面相對于倒行掩蔽、擁擠、注意瞬脫及變化盲視等其他方法具有一定優勢［20］，因此，越來越多國外研究者將這一范式應用于諸如心境障礙、精神分裂癥、焦慮癥等精神疾病的研究。

3.1 抑郁癥

Yoon等［21］將雙眼競爭范式運用于抑郁癥患者對不同情緒面部表情識別的研究，結果發現情緒表情刺激較中性表情刺激占優，正性情緒表情較負性情緒表情占優，且正性情緒表情占優不受抑郁癥狀嚴重程度的影響，但情緒表情刺激占優會隨著抑郁癥狀的加重而減弱。可見抑郁癥狀嚴重程度越高，患者注意分配越更多地傾向于中性面部表情。

3.2 雙相障礙

有研究表明，雙相障礙患者受試高空間頻率的非靜止的垂直水平光柵時，雙眼競爭意識交替速率慢于對照組［22］。Miller等［22］對30例雙相障礙患者進行了測試，給予低空間頻率的靜止的垂直水平光柵，結果表明，與年齡、性別均匹配的30名正常對照相比，雙相障礙組患者雙眼競爭意識交替速率明顯減慢，從而進一步推斷雙相障礙患者的雙眼競爭優勢和正常化競爭間隙分布有別于正常人。Krug等［23］也對雙相障礙患者和正常受試者進行了意識交替速率的測量，給予雙穩態交替的運動恢復結構模式圓柱體光柵。結果表明，兩組間無明顯差異，從而推論雙眼競爭中的意識交替并非由單一腦區的活動決定，而可能是與區域皮質通路的活動有關。Nagamine等［24］對雙相障礙I型和II型進行了比較，結果發現I型雙相情感障礙患者雙眼競爭的平均持續時間明顯長于II型雙相情感障礙患者和對照組，后兩者之間無明顯差異，提示雙相障礙兩組亞型間存在神經生物學差異。

3.3 精神分裂癥

雙眼競爭范式有關精神分裂癥患者的研究較少，僅Yang等［25］對精神分裂癥、雙相障礙及正常對照間雙眼競爭中的意識差異進行了比較，給予了中性、愉悅、憤怒、沮喪的表情刺激，發現精神分裂癥患者對于憤怒表情刺激，雙眼競爭的意識交替速率明顯減慢，從而進一步為精神分裂癥在意識組織和總體特征整合上存在障礙提供了依據。

3.4 焦慮癥

Nagamine等［26］還將雙眼競爭范式應用到焦慮癥的研究。他們運用三維人格問卷中的傷害回避性量表對廣泛性焦慮癥患者進行焦慮程度的分組，并與正常受試者對照，研究其雙眼競爭中知覺交替速率的差異。結果發現，傷害回避性高分組較低分組知覺交替速率與節律性明顯增高，廣泛性焦慮癥患者較正常對照雙眼競爭中知覺交替速率明顯增高。由此推斷，雙眼競爭與焦慮癥狀可能存在共同的血清素能神經遞質。Gray等［27］將雙眼競爭范式應用于焦慮癥患者情緒面部表情注意選擇研究，發現受試者自述狀態的焦慮程度影響雙眼競爭情緒面部表情的初始選擇；焦慮程度越高對憤怒和恐懼的面部表情知覺體驗程度越高，對愉悅的面部表情知覺體驗程度越低，從而為焦慮癥對恐懼存在不自主注意選擇這一觀點提供了依據。

4 展望

近年來，雙眼競爭的研究已成為心理學和神經科學等學科的新研究熱點，高級別專業刊物上（如《Nature》）關于雙眼競爭范式應用的研究文獻數量呈逐年遞增趨勢，但多數是對正常人的研究報道，將其應用于精神疾病研究的文獻還較少。通過增加雙眼競爭中刺激材料的對比度和動態性，可長時間抑制競爭刺激的可見性，使其處于無意識狀態，這種處理技術為今后研究無意識狀態下的信息加工提供了一種行之有效的方法［20］。結合電生理、腦電以及功能磁共振成像等技術，將雙眼競爭范式運用于精神醫學領域，對無意識狀態下感知覺、情緒識別及相應的神經反應，尼古丁成癮及酒精依賴等進行多方面研究，為進一步揭示精神疾病的發病機制提供一條新的途徑。

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Applications of the binocular rivalry paradigm in psychiatry

Yi Kang ZHU1，Chun Bo LI1，Wen Yuan WU2*

1Shanghai Mental Health Center，Shanghai Jiao Tong University，200030
2Department of Psychosomatics，Shanghai Tongji Hospital，Tongji University，200065;
*Correspondence：wuwy@tongji.edu.cn

Binocular rivalry is a phenomenon that assesses the ongoing exchange of visual information from an unchanging visual stimulus and the subjective perception of the stimulus.Overseas researchers have used the binocular rivalry paradigm to assess mental disorders but this type of research has only just started in China.The magnitude of binocular rivalry can objectively assess the conscious state of subjects and，thus，be used to evaluate the processing of visual information by patients with mental disorders.It is a valuable research tool in the assessment of the development of symptoms in mental disorders.

Binocular rivalry;Consciousness;Nonconsciousness;Visual Information recognition;Mental disorders

10.3969/j.issn.1002-0829.2011.04.009

國家重點基礎研究發展計劃（2007CB512306);國家高技術研究發展計劃（2008AA02Z412);國家自然科學基金項目（30770773，81071098）

1上海交通大學醫學院附屬精神衛生中心200030；2同濟大學附屬同濟醫院精神醫學科200065。

吳文源，電子信箱wuwy@tongji.edu.cn