事件相關(guān)電位的研究進(jìn)展及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值

關(guān)楠思，劉技輝，張馨元，王莞，譚嘉寧，彭博

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽 110001）

事件相關(guān)電位的研究進(jìn)展及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值

關(guān)楠思，劉技輝，張馨元，王莞，譚嘉寧，彭博

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽 110001）

事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）是從神經(jīng)電生理層面客觀分析和研究人體心理活動(dòng)的最有效方法之一。目前主要用于測(cè)謊等研究，在臨床上，還用于腦血管疾病、癡呆、創(chuàng)傷性腦損傷患者認(rèn)知能力評(píng)估以及精神心理疾病的輔助診斷。隨著ERP檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域必將具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

法醫(yī)學(xué)；事件相關(guān)電位；綜述[文件類型]

如何客觀評(píng)價(jià)人的高級(jí)心理活動(dòng)一直是當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的難題之一。神經(jīng)電生理學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為客觀研究人的高級(jí)心理活動(dòng)提供了新的途徑，其中事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）被認(rèn)為是最為有效的方法之一。

1 ERP概述

ERP是一種特殊的腦誘發(fā)電位，1965年由Sutton 等[1]首先明確提出，ERP是指大腦對(duì)刺激信息進(jìn)行加工過程中所記錄到與特定刺激相關(guān)的電位。經(jīng)典的ERP主要成分包括P1、N1、P2、N2、P3，其中前三種成分被稱為外源性成分，后兩種成分被稱為內(nèi)源性成分，這些成分不僅可以反映人的生理活動(dòng)，也可以反映人的心理活動(dòng)。此外，根據(jù)潛伏期的長(zhǎng)短將ERP分為早期成分和晚期成分。根據(jù)特定刺激任務(wù)與方式及ERP的特征，將特定刺激的ERP反應(yīng)波命名為失匹配負(fù)波（mismatch negativity，MMN）、關(guān)聯(lián)性負(fù)變（contingent negative variation，CNV）、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備電位等。MMN是在刺激被注意時(shí)，刺激本身特性偏離標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)而被引出的波形，反映大腦對(duì)刺激的物理特征的認(rèn)知加工。CNV又稱期待波，是由相連的兩個(gè)刺激而引發(fā)的負(fù)相慢電位，反映了心理期待狀態(tài)。

P3是目前最受關(guān)注的ERP內(nèi)源性晚期成分，與人腦的認(rèn)知功能密切相關(guān)。所謂的P3（P300），是指潛伏期在300 ms左右，由稀少的任務(wù)相關(guān)刺激所誘發(fā)的正相電位。但隨著不同任務(wù)誘發(fā)類似P3成分不斷地被發(fā)現(xiàn)，P3目前已發(fā)展為一個(gè)家族，包括P3a、P3b和Nogo-P3等。

N2是另一個(gè)重要的ERP內(nèi)源性成分，是在P3前出現(xiàn)的一個(gè)潛伏期在200～300 ms的較大負(fù)波，或者說是第一個(gè)負(fù)成分之后的第二個(gè)負(fù)波。N2至少包括N2a和N2b子成分，N2a實(shí)際上就是反映人腦對(duì)信息自動(dòng)加工的MMN，而N2b則與靶刺激的識(shí)別有關(guān)。不同腦區(qū)域、不同作業(yè)任務(wù)、不同通道，N2具有不同的表現(xiàn)和意義。

與語言理解相關(guān)的ERP成分包括N400、詞匯加工負(fù)波（lexical processing negativity，LPN）、句法加工正波（syntactic positive shift，SPS，即P600）和句尾加工負(fù)波（clause-ending negativity，CEN）等。N400與語言加工有關(guān)，是執(zhí)行語言操作任務(wù)時(shí)所引發(fā)的負(fù)相電位，反映語義的相關(guān)程度。LPN和P600則被認(rèn)為與違反句法有關(guān)，LPN的潛伏期與詞的出現(xiàn)頻率相關(guān)。

不同認(rèn)知領(lǐng)域的ERP波形特征不全一致，不同刺激模式，比如聽覺和視覺刺激，不同腦區(qū)域之間的ERP波形都存在差異。比如Oddball（OB）實(shí)驗(yàn)范式可以誘發(fā)經(jīng)典P3成分，即設(shè)計(jì)兩種刺激，其中一種是小概率偏差刺激（靶刺激），要求被試對(duì)靶刺激進(jìn)行按鍵或計(jì)數(shù)。大腦可以在無意識(shí)情況下自動(dòng)覺察刺激變化，MMN即為這種自動(dòng)化加工的重要指標(biāo)，通常MMN用小概率聽覺刺激誘發(fā)的ERP減去大概率聽覺刺激誘發(fā)的ERP。典型“S1-S2”實(shí)驗(yàn)范式可誘發(fā)CNV，即先呈現(xiàn)一個(gè)警告刺激（S1），要求被試進(jìn)行任務(wù)準(zhǔn)備，經(jīng)過一段時(shí)間間隔（如1 500 ms）給出命令刺激（S2），要求被試對(duì)該刺激盡快作出任務(wù)反應(yīng)，在S1和S2之間產(chǎn)生的負(fù)向電位偏移就是CNV。對(duì)原始腦電圖（electroencephalogram，EEG）波形的離線分析，是ERP研究中另一個(gè)重要的步驟。通常要經(jīng)過合并行為數(shù)據(jù)、偽跡剔除矯正、數(shù)字濾波、分段、基線校正、疊加平均以及對(duì)波形成分的識(shí)別、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析等一系列環(huán)節(jié)。

2 ERP的法醫(yī)學(xué)應(yīng)用

在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，ERP技術(shù)的應(yīng)用研究得到了長(zhǎng)足發(fā)展。其中，ERP的P3成分在測(cè)謊中已被廣泛應(yīng)用，其更直接準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果使傳統(tǒng)測(cè)謊儀（polygraph）相形見絀，將測(cè)謊技術(shù)提高到了神經(jīng)電生理層面。鑒于ERP對(duì)認(rèn)知功能障礙的客觀反映，可以確認(rèn)腦外傷者是否遺留有腦功能或精神障礙，還可以評(píng)估遺留功能障礙者的嚴(yán)重程度。

2.1 P3用于測(cè)謊

最早將ERP的P3成分用于測(cè)謊研究的是Rosenfeld等[2-4]，其研究發(fā)現(xiàn)，包含有曾接觸過的物品以及曾經(jīng)歷過或有密切關(guān)系的事情相關(guān)信息的刺激可以有效引發(fā)相對(duì)更明顯的P3波形，這為ERP技術(shù)可用于測(cè)謊提供了佐證。通常，基于P3的測(cè)謊試驗(yàn)多采用隱瞞信息測(cè)試（concealed information test，CIT）范式，其基礎(chǔ)源于經(jīng)典的OB序列和犯罪知情測(cè)試（guilty knowledge test，GKT）范式。實(shí)驗(yàn)中，刺激被分為3類：靶刺激、探測(cè)刺激和無關(guān)刺激。靶刺激和探測(cè)刺激出現(xiàn)的次數(shù)都相對(duì)較少（各占15%），前者的作用在于成功誘發(fā)出顯著P3波，后者用于測(cè)謊。其原理是對(duì)于犯罪信息知情被試，探測(cè)刺激等同于靶刺激，可以誘發(fā)出顯著的P3波，而對(duì)于沒有接觸犯罪信息的無辜被試，探測(cè)刺激則等同于無關(guān)刺激。無關(guān)刺激出現(xiàn)次數(shù)相對(duì)較多（占70%），是大概率的背景刺激，目的在于構(gòu)建可用來對(duì)比的基礎(chǔ)參照，一般不誘發(fā)顯著的P3波。

最初的ERP測(cè)謊技術(shù)不像傳統(tǒng)測(cè)謊儀一樣受到反測(cè)謊干擾策略的影響，但隨著研究的深入，ERP測(cè)謊也受到一些因素的制約。2006年Rosenfeld等[5]發(fā)現(xiàn)對(duì)于個(gè)人信息ERP的敏感性較高，但對(duì)于臨時(shí)學(xué)習(xí)的信息ERP的鑒別率僅維持在隨機(jī)水平，也就是說只有被試熟悉的信息才能保證P3的鑒別率。而反測(cè)謊干擾策略的使用對(duì)ERP測(cè)謊也有一定的影響，一方面增加了無關(guān)刺激時(shí)P3的顯著程度，另一方面降低了探查刺激時(shí)P3的顯著程度，明顯減弱了兩者之間的差異。Rosenfeld等[6-7]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被試被要求使用例如進(jìn)行動(dòng)作或聯(lián)想的干擾策略時(shí)，P3測(cè)謊的陽性率大幅降低，這就促使了如何制衡反測(cè)謊干擾策略的深入研究。2008年Rosenfeld等[8]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，如果采用復(fù)合反應(yīng)模式（complex trial protocol，CTP）的實(shí)驗(yàn)方法，即對(duì)刺激作出兩種不同類型的反應(yīng)，可有效降低干擾策略對(duì)P3測(cè)謊陽性率的影響。也有研究[9]發(fā)現(xiàn)說謊是否出于本意，即自愿說謊還是被迫說謊，ERP的波形是有一定差異的。Meixner等[10]指出，干擾策略的使用相對(duì)于不使用，P3的波幅會(huì)明顯增強(qiáng)。而Rosenfeld等[11]則報(bào)道，干預(yù)策略的使用在Fz 和Cz點(diǎn)會(huì)引發(fā)出一個(gè)潛伏期為900ms的新ERP波。此外，Matsuda等[12-13]指出將ERP波形和同步的自主神經(jīng)活動(dòng)情況相結(jié)合可以提高測(cè)謊鑒別的性能。

2.2 N400用于測(cè)謊

由于N400與語言加工相關(guān)，N400成分也可應(yīng)用于測(cè)謊。其用于測(cè)謊的關(guān)鍵在于被試所閱讀句子的語義和句子的真實(shí)程度之間的關(guān)系，錯(cuò)誤而不是真實(shí)的陳述句可以誘發(fā)出N400。近年來的研究[14]發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)包含同樣與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)的犯罪信息的句子和詞語，對(duì)于犯罪信息知情的被試而言，可以辨別出其中錯(cuò)誤所在；而對(duì)于無辜被試，由于沒有接觸相關(guān)犯罪信息，所以不能識(shí)別其中所包含的錯(cuò)誤，而只能當(dāng)成正常的詞句來理解。另有研究[15]發(fā)現(xiàn)，N400在誠(chéng)實(shí)和欺騙條件下均可被引出，但欺騙條件下的波幅更加明顯。

2.3 CNV用于測(cè)謊

CNV產(chǎn)生于刺激之后的1 000～1 500 ms，反映意向、期待、努力程度、動(dòng)機(jī)等大腦活動(dòng)過程，當(dāng)被試說謊時(shí)CNV更明顯[16]。這可能是因?yàn)樵谄垓_過程中，CNV與欺騙反應(yīng)準(zhǔn)備、產(chǎn)生欺騙意向過程有一定關(guān)系[17]。但由于CNV會(huì)隨著刺激通道、任務(wù)參數(shù)和反應(yīng)要求的不同發(fā)生整體改變，在穩(wěn)定性上明顯低于P3。

3 ERP的臨床應(yīng)用

3.1 用于腦梗死和癡呆患者

腦缺血性病變和退行性腦病改變均會(huì)造成腦組織局部功能障礙，從而引發(fā)不同程度的記憶力、抽象思維、定向力等認(rèn)知功能的障礙。對(duì)腦梗死早期患者認(rèn)知功能的ERP研究[18]發(fā)現(xiàn)，隨著作業(yè)難度的提高，患者的P3潛伏期會(huì)逐漸延長(zhǎng)，多病灶腦梗死患者這一表現(xiàn)更明顯。這類以智能障礙和認(rèn)知功能障礙為主要表現(xiàn)的血管性癡呆，與早期癡呆和阿茲海默癥患者P3潛伏期延長(zhǎng)的研究結(jié)果[19]是一致的。沒有明顯語言功能障礙的腦梗死患者其N400也會(huì)出現(xiàn)潛伏期延遲、波幅降低，這可能是由于其詞語存取過程速度的延遲，提取信息的減少，以及短時(shí)記憶能力減退，并發(fā)語言理解能力和記憶功能不同程度下降等所致[20]。相對(duì)于心理量表，P3能更為客觀地反映癡呆患者的認(rèn)知功能障礙狀況，可作為早期診斷的客觀參考依據(jù)[21]。

3.2 用于創(chuàng)傷性腦損傷患者

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)認(rèn)知功能損害和情感障礙，其嚴(yán)重程度和認(rèn)知功能障礙之間有著密切的關(guān)系[22]，這可能源于大腦執(zhí)行功能的損害存在于中度和重度顱腦損傷患者中[23]，表現(xiàn)為解決問題能力和維持反應(yīng)方面的障礙[24]。

輕微TBI患者會(huì)出現(xiàn)ERP相對(duì)明顯的負(fù)相變化[25]，而中度和重度TBI患者則表現(xiàn)為P3潛伏期的延長(zhǎng)以及反應(yīng)時(shí)間的增加[26]。腦內(nèi)血腫腦挫裂傷患者的P3潛伏期延長(zhǎng)，波幅下降[27]，而腦震蕩患者的P3潛伏期與正常人相比較則無明顯變化[28]。顱腦器質(zhì)性損傷所致的精神障礙患者相對(duì)于同部位損傷而沒有精神障礙的患者而言，其N2和P3的波幅降低、潛伏期延長(zhǎng)更明顯，但這兩類患者與正常人相比較也都存在N2和P3波幅、潛伏期的顯著差異[29]。這些研究結(jié)果都說明，ERP可以作為一種判斷患者是否存在器質(zhì)性腦損傷的輔助檢查方法。由于P3反映的是認(rèn)知功能相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)，對(duì)于認(rèn)知能力改變程度不顯著不易被影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)的輕型腦損傷患者，P3可以作為一項(xiàng)特異性指標(biāo)，更好地評(píng)估其認(rèn)知能力的改變情況[30]。

此外對(duì)于顱腦損傷患者，P3在傷后25～48h內(nèi)的改變尤其顯著，且隨病情恢復(fù)而趨向正常，因此，P3可以作為一項(xiàng)腦認(rèn)知功能康復(fù)的客觀性指標(biāo)[31]。在嚴(yán)重腦損傷或者不同程度意識(shí)喪失患者的意識(shí)恢復(fù)可能性評(píng)估中，MMN是一個(gè)較好的陽性預(yù)測(cè)指標(biāo)，且具有較高的特異性[32]。

3.3 用于精神心理疾病

精神分裂癥和抑郁癥一直被認(rèn)為與認(rèn)知功能障礙相互關(guān)聯(lián)，具體表現(xiàn)為：精神分裂癥患者的P3波幅降低[33]，抑郁癥者的P3波幅降低同時(shí)伴反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)[34]。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于精神分裂癥患者，P3存在一定局限性。精神分裂癥患者、抑郁癥患者和正常人相比，視誘發(fā)電位的P3波并無明顯異常，而前者在聽覺模型中的P3波幅值要比后者大，由視覺和聽覺共同誘發(fā)的P3波在精神分裂癥患者與健康人之間沒有明顯的差異[35]。對(duì)于抑郁癥患者，其兒童時(shí)期的不良經(jīng)歷與ERP之間也存在著一定的相關(guān)性[36]。此外，和健康人相比，軀體化障礙患者、廣泛性焦慮患者和強(qiáng)迫癥患者的ERP都呈現(xiàn)出比較明顯的P3潛伏延長(zhǎng)和波幅減低[37-38]。

4 ERP的其他應(yīng)用

大腦對(duì)臉部表情的識(shí)別處理過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，ERP的一些早期和晚期成分與該過程的不同階段有著一定聯(lián)系[39]。N2被認(rèn)為與表情感知的非感情成分有關(guān)，P3則被認(rèn)為可以用于檢測(cè)面部的感情成分[40]。有研究[41]顯示，相對(duì)于正面情感來說，健康人的P3的波幅值對(duì)臉部的負(fù)面情感，如氣憤、驚恐等，有更明顯的反應(yīng)，這或許暗示了P3的波幅與刺激的強(qiáng)度和性質(zhì)成一定比例關(guān)系。

5 ERP的優(yōu)劣勢(shì)

普通誘發(fā)電位只是記錄神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)刺激本身產(chǎn)生的反應(yīng)，而ERP是大腦對(duì)刺激也就是事件帶來的信息所引起的反應(yīng)，同時(shí)反映了大腦認(rèn)知過程中的神經(jīng)電生理改變。ERP的優(yōu)勢(shì)是很高的時(shí)間分辨率，其也是一種無損傷的檢測(cè)方法，是研究認(rèn)知過程大腦活動(dòng)不可多得的技術(shù)方法。

ERP的應(yīng)用研究目前還沒有較一致的操作方法和程序，缺少能被廣泛認(rèn)可的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。而且，ERP的結(jié)果是波形而非直觀的圖像，不能在空間上實(shí)現(xiàn)更為精確定位，缺少較高的空間分辨率。此外，多種因素會(huì)對(duì)ERP結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生明顯影響。如上午的P3波幅會(huì)大于下午的P3波幅[42]，這可能是由于人在一天不同時(shí)段中的精神狀態(tài)存在差異。在對(duì)動(dòng)物的認(rèn)知功能測(cè)量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重復(fù)測(cè)量可以產(chǎn)生明顯的學(xué)習(xí)效應(yīng)而使波幅變小[43]。另外，在某些TBI患者中并不表現(xiàn)出P3的異常[44]，這可能是由于測(cè)量時(shí)的操作不同所致P3變化不明顯。

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Advances in Event-related Potential and Its Forensic Application Value

GUAN Nan-si,LIU Ji-hui,ZHANG Xin-yuan,WANG Wan,TAN Ja-ning,PENG Bo
（Forensic Medical School,China Medical University,Shenyang 110001,China）

The event-related potential（ERP)is considered as one of the most effective methods to study and analyze objectively human mental activity based on nerve electrophysiology.At present,ERP is not only used in the study of lie detection,but also in the clinical medicine for the cognitive assessment on patients with cerebrovascular disease,dementia or traumatic brain injury and auxiliary diagnosis of mental illness.With the further development of ERP detection technology,it would have a wider application prospect in the field of forensic medicine.

forensic medicine;event-related potential;review[publication type]

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2015.02.015

1004-5619（2015）02-0135-05

遼寧省科技廳科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2012225021）

關(guān)楠思（1981—），男，遼寧撫順人，碩士研究生，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)鑒定及研究；E-mail：moon4124＠163.com

劉技輝，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)教學(xué)、科研、鑒定及法醫(yī)學(xué)相關(guān)的法學(xué)問題研究；E-mail：jhliu＠m(xù)ail.cmu.edu.cn