基于小波算法的腦電客觀記憶加工指數用于評估兒童言語障礙的可行性研究

李絢

摘要：目的：評價腦電客觀記憶加工指數（Working Memory Function Index，WMFi）用于評估兒童言語障礙（speech disorders，SD）的可行性。方法：隨機選取廣東省中醫院2016年6月份確診的言語障礙兒童58例，其中58例言語障礙兒童為實驗組（n=58，平均年齡為5.7±2.0），正常腦體檢兒童（n=58例，平均年齡為6.3±1.9）為對照組。使用多功能組合式監護儀HXD-Ⅰ進行6分鐘腦功能狀態定量測量，通過腦電算法獲得腦電客觀記憶加工指數。結果：言語障礙兒童的腦電客觀記憶加工WMFi明顯低于對照組兒童（P<0.001）。結論：腦電WMFi能夠有效快捷地評估言語障礙兒童的記憶加工能力，有進一步推廣的價值。

關鍵詞：言語障礙兒童；腦電波；小波算法；記憶加工

中圖分類號：R332.8文獻標識碼：A

1 背景

兒童言語障礙（speech disorder）是指多種原因導致的兒童語言理解力、口頭表達力明顯落后于同年齡段兒童應達到的標準 [1]。研究表明，學齡前兒童出現言語障礙的比例較高，約有7%～10%的兒童發育遲緩，約有3%～6%的兒童有言語感受或表達障礙，男女之比為3：1到15：1，其中男性較多[2-3]。言語障礙一般伴隨著發音障礙（articulation disorders）、智力發育遲緩（mental retarded）、行為障礙（behavioral disorders）等。聽覺記憶能力和聽覺辨別能力對發音的準確性至關重要 [2]。

有結果表明記憶力、信息處理能力、認知能力等多種腦機能都與α波密切相關[4]。記憶過程中顳葉海馬系統和前額葉起重要作用，海馬負責將長時記憶的信息傳送到前額葉，其中以右前額葉為主的雙側前額葉參與記憶的提取過程[5]。目前兒童言語障礙的診斷主要是標準化語言評估和腦電成像技術。《早期語言發育進程量表》和《中文早期語言與溝通發展量表》是目前國內較完善的針對3歲兒童的語言評估量表。與此同時需要結合臨床綜合評估，包括認知、聽力、行為、口腔等。研究表明言語障礙兒童與正常兒童相比更常見雙側額顳葉萎縮。這也為言語障礙兒童的記憶加工能力差于正常兒童提供了理論基礎。腦電圖一般需要要專業的腦電圖醫師判別，每位腦電圖專科醫師的判別由于受到偽跡的干擾也不盡相同。由于腦電圖不能用客觀定量的數字實時評估言語障礙兒童的記憶加工能力，所以使用客觀定量的數值實時、持續性展示言語障礙兒童的記憶加工能力很有必要。

腦電是一種生物電信號，具有低信噪比、非平穩性的特點。目前的腦電波算法包括專家系統法、非線性動力學法、人工神經網絡法、傅里葉變換分析法和小波算法等。其中小波算法是世界公認的分析腦電波的最優算法，對于醫學領域的絕大多數的非穩定信號，尤其是腦電信號，小波分析比傅立葉變換更適用。它是一種時-頻域的分析方法，能夠將時域的一維信號轉換為時間-振幅-頻率的三維空間。具體算法可簡單概括為：首先選定小波基函數，然后使用小波算法中的二進算法及波形重構算法進行小波基變換，從而處理特定的腦電波數據向量。

腦電客觀記憶加工指數（Working Memory Function Index，WMFi）是新近由我國科研人員研發的腦電記憶加工能力客觀定量評定指標，其原理是通過電極采集人前額部的左右腦兩導腦電波信號，并進一步從腦電波中提取記憶加工成分，將全頻段的腦電波中與記憶力相關的數據采用小波算法進行變換，最終計算出WMFi值（范圍0～50），以客觀反映受試者記憶加工能力。本研究擬通過腦電WMFi指數探討言語障礙兒童與正常兒童記憶加工能力的差異性，為言語障礙兒童記憶加工的診治和提升提供幫助。

2方法

2.1 研究對象

入選2016年6月份在廣東省中醫院就診的58例言語障礙兒童以及正常腦健康體檢的兒童，進行腦功能狀態定量測量。研究為雙盲試驗，所有測試由2名經過心理測量專業培訓的心理治療師完成，并在試驗正式開展之前與受試兒童及其家長簽署知情同意書。就診年齡范圍3-13歲，平均年齡為5.7±2.0。不同年齡段構成比：3歲2例（3.5%）、4歲19例（32.8%）、5歲10例（17.2%）、6歲13例（22.4%）、7-10歲12例（20.6%）、11-13歲2例（3.4%）。男性有43例（74.1%例），女性有15例（25.9%）。學齡前（≤6歲）44例（75.9%）、6歲以后14例（14.1%）。

2.1.1入選標準：

（1）年齡3～13歲；（2）存在咬字不清、表達能力差和記憶力差等問題的兒童，初診臨床診斷標準為：構音異常、吐字不清、情緒不穩定、智力發育遲緩；癥狀持續半年以上，無軀體疾病的兒童；（3）正常兒童：選擇年齡、性別匹配的健康兒童，經詢問家長及兒童本人不存在表達不清、構音異常等情況；（4）所有兒童家長自愿接受本試驗并簽署知情同意書。

2.12排除標準：

（1）合并有中樞神經系統疾病，例如癲癇、腦外傷、抽動癥病史；（2） 合并患有精神障礙、精神發育遲緩；（3）有長期服用精神類藥物史；（4）受試兒童無法配合完成試驗。

2.2 腦電測量方法

工作人員首先用酒精清潔受試兒童前額及耳后乳突的皮膚，使用HXD-I多功能組合式監護儀（黑龍江華翔科技開發有限公司）的腦電采集軟件包（北京易飛華通科技開發有限公司），將電極分別放置于前額雙眉中心點上方2cm（FZ）、雙側眉弓上方（左側FP1，右側FP2）、雙側乳突位放置參考電極（左側C1，右側C2），在兒童靜息2分鐘后開始進行腦電監測，連續記錄其6分鐘的腦電數據。

2.3 統計方法

使用SPSS 20.0統計軟件進行統計分析。呈正態分布的計量資料以均數±標準差（X±SD）表示，組間比較采用兩獨立樣本均數的t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析；呈偏態分布的計量資料以中位數（四分位間距）表示，組間比較采用兩獨立樣本比較的秩和檢驗；計數資料采用百分數形式表示，組間比較采用χ2檢驗。以P<0.05作為顯著性檢驗的標準。

3結果

3.1 一般資料

最終成功測量合格樣本116例，其中包括言語障礙兒童和正常兒童各58例。兩組在年齡、性別等基線資料不存在顯著性差異（P>0.05）。

3.2言語障礙兒童和對照兒童的腦電客觀記憶加工指數WMFi的分布存在顯著差異

言語障礙組的腦電客觀記憶加工指數WMFi（0.83±0.22）顯著（P<0.001）低于對照組（2.95±0.57，圖1）。

4討論

在普通心理學中，記憶是通過識記、保持、再現（再認、回憶）等方式，在人們的頭腦中累積和保存個體經驗的心理過程。它包括信息的編碼、儲存和提取三個環節。最常見的言語障礙是功能性發音障礙（functional articulation disorder，FAD），即聽力正常，但出現發音錯誤，并且呈固定狀態。聽覺信息處理障礙可能導致FAD，很大程度上是由于聽覺記憶的缺失[2]。言語障礙兒童多伴有智力發育遲緩、行為障礙、學習障礙，常伴有腦萎縮等大腦發育問題，使得他們的記憶加工能力明顯劣于正常兒童。

早期適宜的言語康復訓練對促進言語障礙兒童的語言發育非常重要。研究表明，兒童語言發育的關鍵時期為2歲～3歲，臨床矯治的最佳年齡為5歲以下。本文中，5歲以上的兒童有27例，占總數的46.5%，說明很多言語障礙兒童沒有及時就醫，這對他們今后的學習、社會能力等造成很大的影響。

目前對言語障礙的診斷主要以量表和腦電圖為主。量表包括聽力測試、智力測試等。目前量表在引進過程中可能存在譯者選擇標準模糊、語言文化差異、缺乏統一的翻譯指南等問題，造成量表不具有客觀評價性。由于對于腦電圖的評判無法避免個體差異，腦電波頻譜功率的成分難于達到量值上的統一；此外，各成分波在腦電圖中的表達也不具備連續性，線性度也不理想，對于腦功能狀態的分辨率極低；與此同時因為功率譜數學算法對于非周期信號處理具有窗口效應，造成數值間沒有可比性，不具備人群應用的共性，難以達到群體性應用。小波轉換算法基本方法是選擇滿足時域積分為零的函數作為基本小波（小波基），通過將基本小波的縮放、平移來生成函數族，該函數族構成了一個函數空間的框架，把待分析信號向這個框架上投影進行分解。一些在原時間域上因混迭而不易觀察的信號特征可能會在變換域的某個尺度上顯著體現出來，從而達到最有效的信號處理目的。本研究通過腦電小波算法，采集兒童6分鐘內的腦電數據，提取腦電數據中與記憶加工相關的成分，計算得出腦電客觀記憶加工指數WMFi（范圍0～50）。本研究發現言語障礙組的腦電客觀記憶加工指數WMFi顯著低于對照組。可應用WMFi客觀評估并采取措施提高言語障礙兒童的記憶加工能力。

綜上所述，WMFi可用于評估言語障礙兒童的記憶加工能力，作為客觀定量指標有進一步應用的價值。為及早制定干預措施，改善言語障礙兒童的記憶加工能力，減少言語障礙的短期及長期不良影響具有重要意義。

參考文獻：

[1]徐志兵.150例語言發育遲緩兒童的智能發育分析[J].中國當代醫藥，2014，21（16）：183-184.

[2]于萍.兒童言語和語言障礙的研究現狀[J].中國耳科學雜志，2013，11（3）：409-410.

[3]Hegde MN. A Coursebook on language disorders in children[M]. London： Sandiego，1996.16.

[4]王浩.基于小波變換的腦電圖α波持續性的研究[D].大連交通大學碩士學位論文，2009年.

[5]陳雪麗.認知功能評定與腦電非線性分析研究[D].軍醫進修學院碩士學位論文，2006年.