MCI患者早期面孔知覺加工N170效應與翻轉效應

許桂春 孟慶慧 楊海英 李秀艷 劉京濤 (濰坊醫學院護理學院，山東 濰坊 261053)

目前輕度認知障礙(MCI)的臨床診斷主要依據量表、臨床表現及一系列神經心理學測試，缺乏敏感特異的實驗室指標。事件相關電位(ERP)技術作為一種客觀、敏感反映認知功能的電生理指標，能發現行為學正常的患者在執行特殊認知任務中表現出的亞臨床病損，已成為研究大腦認知功能的重要技術手段〔1〕。面孔識別是人類進行人際溝通和社會交往的重要基礎，已有研究表明近1/3的AD患者早期即出現面貌失認。N170效應是指面孔的N170波幅較其他刺激明顯增大〔2，3〕，它反映人腦對面孔信息的早期覺察(區分是面孔還是非面孔)〔4〕。N170翻轉效應是指刺激圖片(如面孔或桌子)翻轉時誘發的N170潛伏期比正立時顯著延長(有時波幅增高)，反映面孔空間結構信息加工過程的變化〔5，6〕。本研究以N170效應和N170翻轉效應為指標，采用以正立與倒立方式呈現的面孔與非面孔組成的被動面孔識別范式與事件相關電位技術結合的試驗設計，探討MCI患者早期面孔知覺加工的ERP的特點。

1 對象與方法

1.1 被試者 輕度認知障礙(MCI)組16名和正常老年對照(NC)組16名被試者，均為山東濰坊濰柴社區退休職工。兩組被試者均為右利手，視力(裸眼或矯正)正常，聽力正常。

1.1.1 MCI組 16名MCI患者，其中男8名，女8名，年齡(67.00±4.81)歲，受教育年限(7.13±4.01)年，均符合美國精神障礙診斷與統計手冊第4版(DSM-Ⅳ)研究用診斷標準：記憶力減退病程≥3個月;簡易智能狀態量表檢查(MMSE)23～27(26.07±1.22)分;總體衰退量表(GDS)為2～3級;日常生活活動能力量表(ADL)＜26分;哈金森缺血指數(HIS)＜4分;不符合癡呆診斷標準。排除標準：抑郁癥、腦外傷史、特殊藥物服用史、可引起腦功能障礙的神經系統疾病和嚴重內科疾病。

1.1.2 正常對照組 16名正常受試者，其中男7名，女9名，年齡(65.14±4.38)歲，受教育年限(7.93±4.01)年。認知、記憶、生活和社會功能均正常;MMSE 27～30(28.64±1.45)分。兩組MMSE得分有顯著差異。兩組性別、年齡、受教育程度差異無顯著性。所有對象了解并同意參加本研究。

1.2 材料 刺激程序使用stim2軟件編寫，整個實驗過程共分為3個block，每個block包括正立面孔、倒立面孔、正立桌子和倒立桌子圖片各25張，蝴蝶圖片分別是9、10、11張。五種刺激偽隨機呈現，每種刺激連續呈現次數不多于2次。刺激呈現時間300 ms，刺激間隔(ISI)1 500 ms〔2〕。要求被試者對蝴蝶(靶刺激)進行計數。每個block間有2 min的休息時間。信號記錄采用ESI-32導腦電信號采集記錄。

1.3 統計學分析 采用PSS18.0對計量資料進行重復測量的方差分析，方差分析結果皆經Greenhouse-Geisser法校正。兩組被試N170的測量時間窗為刺激后130～210 ms。

2 結果

2.1 兩組被試N170總平均ERP分析 表1為兩組被試者的N170 ERP，MCI組N170波幅較對照組顯著降低，兩組被試均表現為面孔產生更大的N170。方差分析表明N170波幅的組別主效應(F1，30=17.833，P ＜ 0.001)和 類 別 主 效 應(F1，30=257.158，P＜0.001)顯著;類別與組別有交互效應(P＜0.05)，進一步分析表明NC組與MCI組桌子N170波幅均低于臉N170的波幅;類別與方向交互效應有統計學意義，分析表明翻轉面孔的N170波幅明顯大于正立面孔(P＜0.05)，且桌子也存在此方向效應(P＜0.05)。統計結果還發現明顯的電極位置主效應(F1，30=32.474，P＜0.001)以及類別與電極位置交互效應(F1，30=11.741，P ＜0.001)，進一步分析結果表示面孔的 N170波幅有顯著的電極位置主效應(P＜0.05)，表明面孔N170在顳枕區具有優勢分布，而桌子的電極位置主效應不顯著(P＞0.05)。N170潛伏期的組別主效應顯著(F1，30=7.572，P＜0.05)，即MCI組N170潛伏期(176 ms)較NC組(162 ms)明顯延長;方差分析表明N170的方向主效應(F1，30=46.010，P＜0.001)和類別主效應(F1，30=25.011，P ＜0.001)有統計學意義。其他比較均無統計學意義。

2.2 兩組被試同向面孔與桌子N170差值(Nd170)總平均EPR分析 兩組被試Nd170總平均波形見表2。方差分析表明Nd170波幅的組別主效應顯著(P=0.023)，MCI組Nd170波幅(3.595 4 μV)較NC組(4.872 μV)顯著減小。方向主效應顯著(F1，30=28.468，P ＜0.001)。電極位置主效應顯著(F1，30=6.916，P ＜0.001)，在 P8 處 MCI組的 Nd170 波幅較 NC組顯著減小(F1，30=8.755，P＜0.05)，表明在右側顳枕區 MCI組N170效應較對照組明顯減弱。

表1 MCI組和對照組非靶刺激誘發N170的波幅和潛伏期(s)

表1 MCI組和對照組非靶刺激誘發N170的波幅和潛伏期(s)

電極 對照組(n=14)正立面孔 倒立面孔 正立家具7±3.0 -7.7±3.5 -3.7±2.0 -3.6±2.2 P8 -13.2±5.1 -13.4±5.6 -7.9±3.5 -6.1±2.3 -7.4±2.8 -8.3±4.0 -4.0±2.1 -3.2±1.8 O1 -13.8±5.2 -14.9±4.9 -9.5±2.4 -7.6±2.9 -9.0±3.6 -10.7±3.5 -5.8±2.7 -5.1±2.5 O2 -13.3±5.0 -14.2±5.1 -9.3±2.5 -7.4±2.3 -9.2±3.8 -10.7±3.5 -5.8±2.6 -4.8±2.3潛伏期(ms)P7 156.9±11.1 161.3±10.8 165.9±10.1 169.3±15.2 167.0±17.8 177.0±16.3 180.5±24.1 185.4±36.0 P8 154.2±11.3 162.9±13.9 161.4±10.6 163.1±9.6 169.5±14.3 178.3±16.1 182.9±25.7 192.6±24.3 O1 155.4±12.8 159.9±12.0 160.8±11.6 170.8±21.6 167.9±14.8 174.8±15.4 176.7±22.8 183.7±29.0 O2 155.9±13.7 160.3±13.1 158.4±10.1 165.6±22.3 167.5±15.3 174.5±15.3 177.9±21.7 181.9±21.8倒立家具波幅(μV)P7 -10.2±4.2 -10.7±4.5 -5.7±3.2 -5.2±3.4 -6.倒立家具MCI組(n=15)正立面孔 倒立面孔 正立家具

表2 MCI組和對照組Nd170的波幅和潛伏期(s)

表2 MCI組和對照組Nd170的波幅和潛伏期(s)

電極 對照組(n=14)正立P7 -4.5±2.4 -5.5±3.6 -3.0±2.0 -4.1±2.5 P8 -5.4±3.2 -7.4±4.0 -3.4±1.7 -5.1±2.7 O1 -4.3±3.8 -7.3±4.1 -3.2±2.3 -5.7±1.8 O2 -3.9±3.1 -6.9±3.8 -3.3±2.1 -5.9±1.6潛伏期(ms)P7 -9.0±9.7 -8.0±14.8 -13.5±17.4 -8.5±25.2 P8 -7.2±9.6 -0.3±10.1 -13.4±18.9 -8.9±19.5 O1 -5.4±9.9 -10.9±17.0 -8.8±14.2 -8.9±19.5倒立波幅(μV)倒立MCI組(n=15)正立O2 -2.5±9.7 -5.3±17.3 -10.4±15.8 -7.4±15.2

3 討論

在輕度認知障礙的研究中，大量研究發現MCI患者存在記憶、視空間技能、注意等認知能力的下降，尤其是面孔識別能力的下降。本研究發現NC組和MCI組均表現為面孔產生更大的N170，且MCI組N170明顯延遲表明MCI患者對面孔和非面孔的區分判斷比NC組更晚，與以往研究結果一致〔7〕。本文發現正常老年人和輕度認知障礙者均表現為面孔刺激較桌子產生更大N170，并且翻轉面孔的N170波幅較正立時明顯增大，潛伏期延長，表明本結果所顯示的N170反映了面孔加工的結構編碼階段，可以對被試的面孔早期知覺加工過程進行客觀真實評價。這些結果與以往面孔研究中的結果基本符合〔2～5〕。在本文還發現Nd170的波幅在右側顳枕區較對照組顯著降低。由于N170反應面孔加工的結構編碼階段以及N170效應與面孔信息的早期覺察有關，故推斷輕度認知障礙患者可能存在面孔早期加工障礙。N170的翻轉效應主要反映結構特征加工過程的變化〔8〕，本研究提示MCI患者結構特征早期加工過程保持正常。翻轉面孔N170波幅增大和潛伏期延長可能是第一等級相關信息加工困難所致。

本研究發現輕度認知障礙者存在早期面孔加工障礙，面孔知覺加工的電生理研究亦表明，在面孔加工的早期階段即出現異常。另外，研究中發現桌子也存在翻轉效應，這與以往研究不同，可能是樣本較小，選擇區域局限所致，有待于進一步研究證實。盡管如此，本研究顯示，面孔識別N170波幅和潛伏期變化可作為識別或診斷早期AD的輔助指標。Nd170波幅的變化可進一步區分面孔識別障礙的階段。對早期腦功能下降而又無明顯形態學改變且在神經心理學上尚達不到AD診斷標準的MCI來說，ERP是一種較好的方法和途徑。

1 趙 侖.ERP實驗教程〔M〕.天津：天津社會科學院出版社，2004：31.

2 Gao L，Xu J，Zhang B，et al.Aging effects on early-stage face perception：an ERP study〔J〕.Psychophysiology，2009;46：970-83.

3 Itier RJ，Taylor MJ.N170 or N1 spatiotemporal differences between object and face processing using ERPs〔J〕.Cerebr Cortex，2004;14：132-42.

4 Bentin S，Goll Y.Meaningful processing of meaningless stimuli：the influence of perceptual experience on early visual processing of faces〔J〕.Cognition，2002;86：B1-B14.

5 Rossion B，Joyce CA，Cottrell GW，et al.Early lateralization and orientation turning for face，word and object processing in the visual corex〔J〕.Neuroimage，2003;20：1609-24.

6 Rossion B，Gauthier I，Tarr MJ，et al.The N170 occipito-temporal component is enhanced and delayed to inverted faces but not to inverted objects：an electrophysiological account of face specific processes in the human brain〔J〕.Neuroreport，2000;11(1)：69-74.

7 李秀艷.輕度認知障礙患者早期面孔加工N170的研究〔J〕.濰坊醫學院學報，2009;31(2)：99-101.

8 Maurer D，Le Grand R，Mondloch CJ.The many faces of configural processing〔J〕.Trends Cogn Sci，2002;6：255-60.