年輕吸煙者對錯誤反應影響的事件相關(guān)電位研究

崔永婷，董芳，程永欣，田時雨，李曉健，喻大華

內(nèi)蒙古科技大學信息工程學院，內(nèi)蒙古包頭014010

前言

煙草危害是人類健康所面臨的最大危險因素之一，是全球公共衛(wèi)生最嚴重的問題之一。中國是世界上最大的煙草產(chǎn)出國和消費國，全世界每年因吸煙死亡的人數(shù)高達700萬，其中包括約110萬中國人。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，從2007年至2017年的十年間，全球吸煙率出現(xiàn)了首次降低。然而，吸煙人群中的青少年吸煙人群卻呈現(xiàn)增加趨勢，并且首次吸煙年齡正趨于低齡化。除影響吸煙者的生理層面外，吸煙在很大程度上會引起臨床或亞臨床水平的尼古丁依賴，即吸煙成癮［1］。大多數(shù)吸煙者都知道吸煙會造成不利的后果，并有強烈的戒煙意愿卻以失敗告終。本文所研究的就是不利后果的一個方面：錯誤監(jiān)測。錯誤監(jiān)測是績效監(jiān)測系統(tǒng)的一個組成部分，對我們的行為調(diào)節(jié)以及認知控制起著重要的作用，即當錯誤發(fā)生后，糾正這種行為并且防止其對后續(xù)行為的干擾，正確社會化以及適應性行為的關(guān)鍵過程［2］。先前研究發(fā)現(xiàn)Flanker 任務下可卡因患者的錯誤相關(guān)負波（Error-Related Negativity,ERN）和錯誤正波（Error Positivity,Pe）相比對照組都有明顯的降低，表明可卡因成癮與錯誤處理減少有關(guān)，同時認為這些認知缺陷可能有助于維持可卡因成癮［3］。同時，F(xiàn)ranken 等［4］研究Eriksen Flanker 任務下成年吸煙者與非吸煙者在錯誤發(fā)生后的事件相關(guān)電位（Event-Related Potential, ERP）成分，發(fā)現(xiàn)與非吸煙者相比，成年吸煙者的Pe 波幅明顯降低，表明吸煙與減少的錯誤處理有關(guān)。因此本研究預測青少年吸煙者的錯誤正波Pe 的波幅也會出現(xiàn)降低，通過ERP 技術(shù)和Flanker 任務的結(jié)合研究吸煙是否會損害青少年吸煙者的錯誤處理能力，探討青少年吸煙者的大腦神經(jīng)機制并為其提供更多新的見解。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本次研究被試者都是在周邊大學通過網(wǎng)絡或廣告張貼招聘的。所有被試者的教育水平都是對等的，都具有大學教育水平。采用被試者包括吸煙者19 名（n=19），以及年齡、性別、受教育年限等與之相匹配的健康非吸煙者19名（n=19）。所有的青少年吸煙成癮者的入選標準如下：（1）符合當前美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5 版（The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, DSM-V）對尼古丁依賴的標準；（2）在過去2年的每日吸煙量（Cigarettes Per Day,CPD）要超過10 根；（3）在過去沒有嘗試過戒煙超過3 個月；（4）尼古丁依賴檢測量表（Fagerstrom Test for Nicotine Dependence,FTND）＞3；（5）目前沒有酒精或藥物濫用評估的身體疾病、神經(jīng)或精神疾病或顱外損傷。所有健康的非吸煙者在他們的一生中吸了不超過5支香煙。

根據(jù)美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5 版（DSM-V）中尼古丁依賴性的診斷標準篩選吸煙成癮者，并根據(jù)FTND評估吸煙者的尼古丁依賴程度。篩選吸煙成癮者具體標準如下：（1）吸煙獲得的滿足感不斷減弱，需要多抽幾支煙才能達到相同的效應；（2）戒煙時會伴隨有緊張、焦慮、失眠和疲倦等癥狀的發(fā)生；（3）盡管嘗試過減少吸煙量甚至不吸煙，但仍然渴望吸煙；（4）個人的大部分時間都用于吸煙或者買煙上；（5）個人的社交生活與工作因為吸煙行為而被影響；（6）即使知道吸煙有害健康，但還是忍不住吸煙。如果被試者在上述的6 個標準上有3 個或者3個以上的回答都是“是”的話，就會被認為是符合尼古丁依賴DSM-V標準的吸煙成癮者。

本研究是根據(jù)赫爾辛基宣言進行的，所有程序均在被試者及其法定監(jiān)護人在了解本研究目的后充分理解和書面知情同意下進行。研究過程均由醫(yī)學委員會批準同意。更詳細的信息見表1。

表1 青少年被試人口統(tǒng)計學數(shù)據(jù)（± s）Tab.1 Demographic data of adolescent subjects(Mean±SD)

表1 青少年被試人口統(tǒng)計學數(shù)據(jù)（± s）Tab.1 Demographic data of adolescent subjects(Mean±SD)

臨床資料年齡/歲開始吸煙年齡/歲吸煙年數(shù)/年尼古丁依賴測試指數(shù)包年（pack-year）每日吸煙根數(shù)（CPD）一氧化碳濃度/ppm受教育年限/年非吸煙組（n=19）20.58±1.17- - - - -1.74±0.80 14.37±0.83吸煙組（n=19）20.89±1.20 15.63±2.60 4.60±2.22 5.42±1.17 3.60±2.88 15.00±4.80 7.58±1.87 14.11±0.57 t值-0.822- - - - --12.533 1.140 P值0.416- - - - -0.000 0.262

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有腦電數(shù)據(jù)的采集都是在腦電實驗室進行的。實驗室要求保持安靜、光線較暗、隔音效果較好，使被試者可以在一個舒適的環(huán)境更好地采集數(shù)據(jù)，不受外界干擾，也可以使我們得到最佳的實驗數(shù)據(jù)。實驗使用德國設備BrainAmp MR plus（Brain Products GmbH. Munich. Germany）采集腦電數(shù)據(jù)。使 用E-prime2.0（Psychology Tools, Pittsburgh, PA,USA）軟件呈現(xiàn)實驗任務并收集行為學數(shù)據(jù)。并在實驗前后填寫相關(guān)吸煙量表進行臨床數(shù)據(jù)以及吸煙狀況數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。本實驗采集Flanker任務下青少年吸煙成癮者和非吸煙者的腦電波數(shù)據(jù)進行相應的觀察和分析，采集過程中要求參與者盡可能避免身體的移動并保持注意力集中。

Flanker 任務以最典型的字幕刺激范式為例，實驗者向參與者提供了一系列5 個字母的字符串［5］，4組不同的字符串（SSSSS、SSHSS、HHHHH、HHSHH）出現(xiàn)在電腦屏幕中央（圖1），如果中間的字母是H，參與者用右手食指按下，如果中間的字母是S，參與者用左手食指按下。當參與者反應正確時，屏幕中央會反饋一個“+”；當參與者反應錯誤后，會收到一個紅色條形的反饋；當參與者未作出任何反應時，屏幕中央會出現(xiàn)“!”。整個Flanker 任務包括5 組，每組會呈現(xiàn)80 次字符串，一致組和不一致組出現(xiàn)的次數(shù)是一致的，分別為40 次（n=40）。由于提供給被試者的反應時間很短，幾乎所有參與者都會出現(xiàn)按鍵錯誤［6］。要求被試者在實驗過程中要盡可能快速并正確地做出反應。在錯誤反應發(fā)生后，首先會出現(xiàn)與意識無關(guān)的ERN，是獨立于意識的早期錯誤加工成分，反映了由于錯誤而產(chǎn)生的最初自動腦反應，峰值出現(xiàn)在錯誤發(fā)生后的150 ms 內(nèi)［4］。緊隨其后的是錯誤正波Pe［7］，是與意識有關(guān)的后期錯誤加工成分，峰值出現(xiàn)在錯誤發(fā)生后的200～400 ms 內(nèi)，反映了對錯誤行為的有意識處理［8］。

圖1 Flanker任務過程中會依次閃現(xiàn)4種不同的字符串Fig.1 Four different strings that will flash during the Flanker task

1.3 數(shù)據(jù)處理

Recorder 軟件和64 導電極帽用來收集腦電數(shù)據(jù)。通過Brain Vision Analyzer 2（Brain Products GmbH）進行腦電數(shù)據(jù)處理。具體過程如下：首先將原始數(shù)據(jù)導入軟件，設置采樣率（Sample rate）1 000 Hz；定位電極；重新設置參考電極（Reference）：TP9、TP10；濾波（Filter）：0.15～30.00 Hz；去偽跡（Raw Data Inspection），選擇半自動去除，偽跡成分高于20%的參與者剔除；獨立成分分析（ICA），濾除眼電、肌電、市電等不必要信號的影響；分段（segmentation）：刺激開始前200 ms 到刺激后800 ms；基線校正：刺激前200 ms。標記ERP 成分并導出數(shù)據(jù)，Pe 是錯誤發(fā)生后的200～400 ms 的正波。本研究采用Fz、Cz、Pz電極。

1.4 統(tǒng)計分析

本研究采用SPSS 20.0 軟件對ERP 和行為學數(shù)據(jù)進行分析。統(tǒng)計分析方法使用重復檢測ANOVAs（分析結(jié)果F值是一個比值，組間平均方差和組內(nèi)平均方差的比值，P為顯著性差異值）檢驗和獨立樣本t檢驗，組（吸煙者和非吸煙者）作為組間因素，一致性Congruency（一致試驗和不一致試驗）、正確性Correctness（正確試驗和錯誤試驗）、反應類型response type（反應正確和反應錯誤）、電極點region（Fz、Cz、Pz）作為組內(nèi)因素。行為數(shù)據(jù)正確性使用2×2 ANOVA：Group×Congruency，行為數(shù)據(jù)反應時間使用 兩 個2×2 ANOVA：Group×Correctness，Group×Congruency。錯誤正波Pe使用2×2×3 ANOVA：Group×response type×region分析。使用Bonferroni多重比較校正。Pearson 相關(guān)分析方法被用來統(tǒng)計ERP數(shù)據(jù)與行為學數(shù)據(jù)之間或被試者信息之間的相關(guān)性。計量資料用均數(shù)±標準差表示，采用樣本t檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 行為學數(shù)據(jù)

表2 是在Flanker 任務中兩組的錯誤數(shù)。組之間的主效應被觀察到［F(1, 36)=5.133,P=0.030］，吸煙組的錯誤數(shù)要明顯增加（圖2）。考慮到交互作用，觀察到明顯的一致性，表明與一致試驗相比，在不一致試驗中會存在更多的錯誤［F(1,36)=59.073,P＜0.001］。Group×Congruency存在交互效應趨勢［F(1,36)=3.670,P=0.063］。表3 是Flanker 任務中兩組反應時間的均值。在反應時間上，組之間的主效應并不存在明顯的差異［F(1,36)=1.433,P=0.239］。觀察到明顯的一致性［F(1,36)=114.917,P＜0.001］，表明在不一致試驗中會花費更多的時間。在反應類型上觀察到明顯的主效應［F(1, 36)=137.399,P＜0.001］，表明在正確反應時會花費更多的時間。

表2 Flanker任務的錯誤數(shù)（± s）Tab.2 Number of errors for the Flanker task(Mean±SD)

表2 Flanker任務的錯誤數(shù)（± s）Tab.2 Number of errors for the Flanker task(Mean±SD)

類別一致試驗錯誤數(shù)不一致試驗錯誤數(shù)非吸煙組（n=19）6.95±7.34 13.68±9.94吸煙組（n=19）13.95±12.57 25.16±19.31 t值-2.096-2.303 P值0.043 0.027

2.2 Pe波幅

對于Pe成分，在組之間并不存在明顯的主效應。但是，明顯的主效應在region［F(2,72)=16.577,P＜0.001］、response type［F(1,36)=35.990,P＜0.001］中被觀察到。更重要的是，明顯的交互作用Group×response type被觀察到［F(1,36)=15.569,P＜0.001］，表明與非吸煙者相比，吸煙者在錯誤試驗中的Pe成分有明顯的降低。見圖3。

3 討論

圖2 吸煙者比健康非吸煙者的錯誤數(shù)明顯增加，CO濃度水平增加（*P＜0.05,***P＜0.001）Fig.2 The number of errors and the concentration of CO in smokers were significantly higher than that in healthy nonsmokers(*P＜0.05,***P＜0.001)

表3 Flanker任務的反應時間（ms,± s）Tab.3 Response time of Flanker task(ms,Mean±SD)

表3 Flanker任務的反應時間（ms,± s）Tab.3 Response time of Flanker task(ms,Mean±SD)

類別一致反應時間不一致反應時間正確反應時間錯誤反應時間非吸煙組（n=19）427.55±31.44 443.54±33.38 435.38±32.16 390.27±33.22吸煙組（n=19）409.55±46.23 430.69±46.72 419.67±46.24 367.44±49.54 t值1.403 0.976 1.125 1.669 P值0.169 0.336 0.223 0.104

青少年吸煙不僅在其生長發(fā)育時期有極大的危害，大部分青少年在吸煙后難以戒煙，并極有可能成為長期甚至終生吸煙者［9］。性能監(jiān)測，如錯誤處理，是人腦的一項基本功能。人類必須注意到，他們的錯誤是為了適應自己的行為和防止將來的錯誤。錯誤處理在行為調(diào)節(jié)中起著重要作用：健康的個體，即使沒有明確的反饋，也會表現(xiàn)出錯誤后的特征反應并調(diào)整其反應［10］。眾所周知，在認知任務的錯誤試驗中，人腦區(qū)域的電活動比非錯誤試驗的反應更強。我們可以通過測量與大腦對錯誤反應相關(guān)的ERP 來檢查錯誤敏感性。由于時間分辨率好，ERP技術(shù)使我們能夠研究錯誤處理的時間歷程。之前有研究表明Pe可能反映了對錯誤的有意識的反思［4］，對錯誤的有意識識別［10］或歸因于錯誤的動機意義［11］。對酒精等成癮行為的研究表明，成癮者會對成癮物質(zhì)顯示出包括注意和記憶在內(nèi)的認知偏向［12］。因此本研究利用ERP 技術(shù)，研究Flanker 任務下青少年吸煙者在錯誤處理能力方面是否存在缺陷，行為監(jiān)測能力是否存在異常，為青少年大腦神經(jīng)機制提供新的見解。

圖3 青少年吸煙者（藍色）和健康非吸煙者（紅色）在Fz、Cz、Pz的Pe平均波幅Fig.3 Mean wave amplitude of Pe of adolescent smokers(blue)and healthy non-smokers(red)in Fz,Cz and Pz

行為數(shù)據(jù)顯示，相比非吸煙者，吸煙者會出現(xiàn)更多的錯誤。在電生理結(jié)果，本研究結(jié)果顯示吸煙者錯誤發(fā)生后Pe 振幅有明顯的降低，表明吸煙者的錯誤處理能力降低，行為監(jiān)測能力降低，結(jié)果揭示了錯誤處理能力降低可能與吸煙成癮有關(guān)。更具體而言，反映性能錯誤動機意義的大腦系統(tǒng)似乎受到損害。人們認為，這些認知缺陷可能導致或促成吸煙行為和成癮行為的持續(xù)存在。之前有研究結(jié)果顯示吸煙與減少錯誤處理有關(guān)，特別是對錯誤的顯著歸因［11］。目前的研究結(jié)果也與這項研究相一致。同時在可卡因依賴患者的研究中也發(fā)現(xiàn)，可卡因的成癮可能與錯誤處理的減少有關(guān)。一項Go/NoGo 任務下的注意力缺陷多動癥患者研究也發(fā)現(xiàn)其嚴重程度與錯誤處理的減少有關(guān)［13］。綜上所述，青少年吸煙者Pe 成分的降低與其錯誤處理能力存在缺陷有關(guān)，這為青少年吸煙者行為監(jiān)測能力存在障礙提供了電生理依據(jù)。可能是錯誤處理的減少使其對吸煙的不良后果缺乏敏感，因此會導致其持續(xù)吸煙。通過本次研究，了解吸煙成癮在錯誤處理能力方面的缺陷，可以為吸煙成癮的診斷和臨床的治療提供一定的支持和幫助，進一步為醫(yī)學行為干預來達到減少吸煙甚至于戒煙的目的提供理論支撐［14］。同時，本研究不僅在青少年吸煙成癮方面具有一定的參考價值，而且為從事治療吸煙成癮的醫(yī)療人員和心理咨詢師提供了有效的幫助［15］。

據(jù)統(tǒng)計，2016年我國男性吸煙率為52.1%，女性為2.7%，女性吸煙率總體水平較低［16］。因此關(guān)于吸煙者的性別差異是本研究的一個不足之處。同時由于現(xiàn)在社會女性的工作壓力也不斷增大以及孕育后代的特點，對比同樣煙草暴露狀態(tài)下的男性，吸煙和被動吸煙對女性的危害大得多［17］。同時，青少年吸煙者中女性群體的數(shù)量也在不斷增加，未來對女性吸煙者的研究是我們接下來研究的重點。