似昼夜节律与学习效应对脑事件有关电位P300 的影响

【关键词】 诱发电位
　　关键词: 诱发电位;昼夜节律;学习效应
　　摘 要:目的 探讨似昼夜节律和学习效应对脑事件相关电位P300 成分的影响. 方法 8名被试者在非连续的5d的实验中每天在5个时间点（7:00，12:00，16:00，20:00和0:00）重复相同的听觉Oddball模式测试以诱发脑事件相关电位（ERP）.然后测量各次的ERP P300 成分，得到其潜伏期及波幅. 结果 P300 波幅和潜伏期随着一天中时间变化而变化.上午的P300 波幅明显高于下午的波幅.重复测量也使P300波幅从第1个实验日的平均13.0μV降至第5个实验日的9.2μV.P300 潜伏期随着重复测试的增加出现了习服，它从第2个实验日的平均350.6ms缩短为第5个实验日的平均343.5ms. 结论 似昼夜节律和学习效应对脑事件相关电位P300 成分的波幅和潜伏期均有影响.
　　
　　Keywords:evoked potentials;circadian rhythm;repeated testing
　　
　　Abstract:AIM To investigate the effects of circadian rhythm and repeated testing on event related potential（ERP）P300 component.METHODS Every subject（n=8）was tes-ted with a standard aural oddball paradigm to obtain ERP P300 .They were tested at5timepoints（7:00，12:00，16:00，20:00，0:00）per day in5days with an interval of at least1wk between2test days.In each test ERP was recorded.RE┐SULTS Amplitude and latency of P300 changed with the time　of the day.The amplitude of P300 was significantly higher in the morning than in the afternoon.It also habituated across test days from a mean of13.0μV on the1st day to a mean of9.2μV on the5th day.Latency of P300 also habituated across test days;it decreased from a mean of350.6ms on the2nd day to a mean of343.5ms on the5th day.CONCLUSION Both circadian rhythm and repeated testing can influence am-plitude and latency of ERP P300 .
　　
　　0 引言
　　
　　事件相关电位（ERP）P300 是大脑皮层诱发电位的晚成分，它属于内源性成分，所以不易受到外界的干扰.P300 波反映大脑对外界信息的评估与分类过程，其波幅反映的是人体调动的大脑资源的多少，潜伏期反映的是人对刺激作出认知所需的时间［1］ .以往的研究多忽视了实验中测量时间和学习效应对它的影响，这可能是造成一些实验结果相互矛盾的原因之一.本实验的目的在于探讨学习效应和似昼夜节律对脑事件相关电位P300 成分影响的规律，以对与其相关的实验设计有所指导.
　　
　　1 对象和方法
　　
　　1.1 对象 大学生8名，男性，健康，年龄（19～21）岁，平均体质量（62.0±5.6）kg，平均身高（170±3）cm.SCL-90心理症状自评量表［2］ 评分26±12，均为右利手，视听力正常，平时起居规律，无饮用咖啡、茶及吸烟等习惯，无神经精神疾患史.
　　1.2 方法
　　
　　1.2.1 被试者训练 实验前1wk集中训练被试者，每名被试者练习按键反应的操作达到熟练的程度.嘱其实验前两晚按时休息，实验前1wk及实验当天禁止饮酒、茶、咖啡，避免剧烈运动.严禁服用中枢抑制性及兴奋类药物.
　　
　　1.2.2 实验设计与方法步骤 实验采用区组化的二因素析因实验设计，一个因素为1d内的不同时间点，另一个因素为不同的实验日.
　　
　　为探讨不同的实验日对P300 成分的影响，本实验每人做5次，即在5个不同的实验日重复相同的测试，两个实验日间隔至少1wk.每1次实验从两夜正常睡眠后开始，被试者于6:00起床，分别于7:00，12:00，16:00，20:00和0:00共5个时间点各完成一组测试.该测试以听觉Oddball简单反应时任务诱发P300［1］ .测试时，耳机中以65dB音量随机呈现高音（2000Hz）、低音（1000Hz）两种声音，以高音作为靶刺激，出现概率20%.要求受试者在听到靶刺激（高音2000Hz）时按“是”键快速作出反应.每次测试持续5min.在被试者完成任务的同时，在其头皮上按国际脑电图学会建议的10～20电极配位法［3］ 在Pz点放置盘状电极，前额接地，右耳垂作为参考电极点，记录脑电.同时记录眼动电信号（右眼上眼睑对外眦）.脑电及其他信号经RM-6000多导生理记录仪放大后输入A-69磁录仪记录.实验后进行脱机采样、叠加处理，叠加时排除眼动的干扰，测量P300 波幅、潜伏期.该实验在电生理屏蔽室内进行.
　　实验数据采用本校统计教研室编写的统计软件SPLM2.03进行统计处理，采用的方法是区组化的二因素析因实验设计方差分析方法（F test）.
　　
　　2 结果
　　
　　2.1 不同时间点、不同实验日间ERP P300 波波幅和潜伏期比较 实验结果显示，P300 成分的潜伏期在不同的实验日有先延长后缩短的趋势，在不同的时间点间表现出一个先缩短后延长的趋势（Fig1），但无论在不同的实验日（F=0.7681，df=4，P=0.5474）还是不同的时间点（F=0.5101，df=4，P=0.7284）均未见显著差异.尽管统计上没有显著差异，但其变化的规律性较明显，故我们认为不同的实验日和不同的时间点对P300 波的潜伏期是有影响的.
　　
　　图1 　略
　　
　　P300 成分的波幅在不同的实验日间有显著差异 （F=9.1387，df=4，P=0.0000），在各时间点间也有显著差异（F=4.5011，df=4，P=0.0018）（Fig2）.两两比较不同的实验日间的P300 波幅，发现第3～5次实验中的P
300 波幅明显小于第1次实验中的P300 波幅（P&<0.01），并且第3次实验中的P300 波幅明显小于第2次实验中的P300 波幅（P&<0.05）.两两比较不同时间点的P300 波幅，发现0:00时的P300 波幅明显小于12:00及16:00时的P
300 波幅（P&<0.05）.无论是P300 波幅还是P300 潜伏期被试者个体间差异均较显著（P&<0.05）.
　　
　　图2 略
　　
　　2.2 ERP P300 波形分析 8名被试者均能很好地诱发出ERP.就同一被试者来说，其ERP中P300 波形在不同的测试中基本上是稳定的，但在不同的被试者间P300 波形差异较大. 转贴于 　3 讨论
　　
　　我们采用了听觉Oddball刺激模式，靶信号（2000Hz）与非靶信号（1000Hz）差别明显，易于判断，任务难度不大.这些刺激条件均有利于诱发ERP.实验中P300 潜伏期在第2日测试中较第1日测试略有延长，而在随后3d测试中逐日缩短;在不同的实验日同一实验条件诱发出的P300 波幅随着测试次数的增加亦逐次减小并有显著差异.P300 潜伏期的变化反映了被试者对任务的学习效应.因为随着被试者对任务的熟练，其对刺激信号的认知过程加快，感知及信息加工所需时间缩短，所以表现出P300 潜伏期缩短.P300 波幅的降低是由于被试者对于熟练的任务不需调动太多的大脑资源，而一般认为P300 波幅反映的是人投入到任务中的脑力资源的多少，所以表现出P300 波幅随着被试者对任务的熟练而逐渐降低;另外，由于反复测试导致被试者对实验任务的兴趣降低，被试者实验时投入的注意资源减少，亦可导致P300 波幅降低.Wesensten等［4］ 在研究中发现重复测量可以产生明显的学习效应而使波幅变小.但是，Jodo等［5］ 在实验中发现练习效应只影响非靶刺激的P300 潜伏期，使之缩短，而对靶刺激的P300 无影响.本实验中被试者对靶刺激的反应亦受到了练习效应的影响，所以我们的结果支持Wesensten等的结论.
　　
　　在1d内的不同时间，同一实验条件诱发出的P300 波幅亦有不同.早7:00时较小，中午12:00，下午16:00时达到一个较高水平，晚20:00及0:00时降低.这是由于受到了似昼夜节律的影响.P300 的波幅的降低反映了大脑信息处理能力的降低，或者说大脑可以使用的资源的减少［4-6］ .而在1d内的不同时间，同一实验条件诱发出的ERP P300 潜伏期在中午12:00最短，而后逐渐延长.这与P300 波幅变化趋势相对应，并从另一个侧面反映了大脑处理信息的能力在1d内的变化规律.关于ERP P300 随着1d内时间变化而改变的报道较多，如Geisler等［7］ 及Broughton等［8］ 分别在不同的研究中发现P300 波幅和潜伏期随着1d中时间变化而变化，Wesensten等
［4］ 亦发现上午P300 波幅大于下午的P300 波幅.我们的实验结果与以上报道的结果相似.本实验支持了Wesensten等的观点，即P300 是受到了似昼夜节律的影响.
　　
　　综上所述，我们认为学习效应可以使P300 波幅减小，潜伏期缩短;1d内的测量时间对P300 波幅、潜伏期亦有影响.所以在进行与脑诱发电位相关的实验设计中应充分考虑学习效应和昼夜节律的影响，以提高实验结果的可靠性.
　　参考文献:
　　
　　［1］Cheng HW，Ma RS.Event related potential and paradigms to evoke it ［J］.Di-si Junyi Daxue Xuebao（J Fourth Mil Med Univ），1994;15（Suppl）:93-95.
　　［2］Wang XD.The notebook of psychological health assessing scales ［J］.Zhongguo Xinli Weisheng Zazhi（Chin J Psychol Health），1993;7（Suppl）:31-36.
　　［3］Zhang MD，Chen XS.Nao youfa dingweixue（The brain evoked potentils）［M］.Shanghai Keji Jiaoyu Chubanshe（Shanghai Sci-ence-Technology and Education Publishing House），1995:258-262.
　　［4］Wesensten NJ，Badia P，Harsh J.Time of day，repeated test-ing，and interblock interval effects on P300 amplitude ［J］.Phy-siol Behav，1990;47（4）:653-658.
　　［5］Jodo E，Inoue K.Effects of practice on the P300 in a Go/NoGo task ［J］.Electroencephalogr Clin Neurophysiol，1990;76（3）:249-257.
　　［6］Geisler MW，Polich J.P300 and inpidual differences:Morning/evening activity preference，food，and time-of-day ［J］.Psy-chophysiology，1992;29（1）:86-94.
　　［7］Geisler MW，Polich J.P300 and time of day:Circadian rhythms，food intake，and body temperature ［J］.Biol Psychol，1990;31（2）:117-136.
　　［8］Broughton R，Aguirre M，Dunham W.A comparison of multi-ple and single sleep latency and cerebral evoked potential（P300 ）measures in the assessment of excessive daytime sleepiness in narcolepsy-cataplexy ［J］.Sleep，1988;11（6）:537-545.转贴于