隨著社會進步和預期壽命的提高,我國正步入老齡化社會,認知功能年老化的研究已成為認知神經科學研究的重點之一。前額葉是大腦受年老化影響最為敏感的腦區,額葉執行功能的年老化也被認為是其它認知功能隨齡減退的主要原因,其中對沖突信息的干擾控制是執行抑制功能的一個重要方面,因此從沖突信息加工機制角度進行研究,對揭示前額葉功能有重要的意義。
近年來,有關額葉沖突信息的干擾控制功能及其年老化相關的事件相關電位\\(event-related potential, ERPs\\)研究逐漸增多。其中經典的Erisksenflanker實驗范式反映出沖突既可以表現在知覺階段,也可以表現在反應階段,而且負責在不同加工水平上監控沖突的腦區也有不同。如Brydges等[3]采用flanker任務觀察到,靶刺激呈現后288~379 ms誘發出一負波N2,反應沖突狀態下其波幅增高,頭皮分布為額-中央區域,提示該區域激活所誘發的N2與反應沖突而不是知覺沖突有關。Cona等[4]的研究則表明,隨著年齡的增長,前額葉的功能開始衰退,注意變得渙散而不易保持,前額葉對皮層初級感覺區信息的抑制篩選能力也逐漸減弱。Qiu等[5]則研究發現,刺激呈現后350~550 ms之間出現差異波N380,頭皮分布為額-中央區域,溯源分析定位于前額葉皮層,提示該區域與沖突處理及反應選擇有關。那么當側翼干擾的沖突信息呈現時,前額葉皮層在沖突信息處理機制中的作用如何,老年人干擾控制功能的衰退表現在知覺階段還是反應階段或者二者兼而有之,哪種ERPs成分對年齡增長更為敏感?為此,我們采用ERPs和低分辨率電磁斷層成像源定位分析技術\\(lowresolution brain electromagnetictomography, LORETA\\)源定位分析技術,操縱沖突出現的加工階段,研究沖突信息處理機制、腦部相關功能定位及其年老化改變,觀察對年齡增長變化敏感的ERPs指標,并希以此為基礎,進一步研究及掌握老年人認知功能障礙的病理變化機制,以期探索臨床早期診斷、治療的可能途徑。
1材料與方法
1.1研究對象
青年組被試15人,平均年齡\\(19.3±2.1\\)歲,平均受教育年限\\(10.3±2.3\\)年;老年組有效被試15人,平均年齡\\(70.2±6.3\\)歲,平均受教育年限與青年組相比無顯著差異\\(10.5±3.0\\)年。所有被試均為右利手,身體基本健康,無神經或精神疾病病史,視力正?；蛐Ｕ笳?均自愿參加本實驗。
1.2研究方法
1.2.1儀器設備采用荷蘭Advanced Neuro Tech-nology B.V.公司128導腦電誘發電位儀。按國際10/20腦電記錄系統安置30電極\\(FPz,AFz,Fz,Cz,Pz,Oz,FP1,FC1,CP1,O1,F3 ,C3,P3,FC5,CP5,F7,T7,P7,FP2,FC2,CP2,O2,F4,C4,P4,FC6,CP6,F8,T8, P8\\),A1和A2雙耳聯合電極為參考電極,眉間置接地電極,左眼上下各2 cm處安置垂直眼動電極,兩眼外眥1 cm安置水平眼動電極。使用Ag/AgCl電極,電極與皮膚間的阻抗小于5 KΩ。
1.2.2ERPs視覺刺激范式改良的flanker干擾任務:刺激材料為白色簡單平面圖形,由不同朝向的箭頭組成,在以黑色為背景色的屏幕中央閃現,每張圖形持續呈現300 ms,刺激間隔\\(ISI\\)為\\(2000±200\\)ms。程序中包括三種狀態:中性狀態\\(++<++或++>++\\);刺激-反應一致狀態\\(匹配狀態,<<<<<或>>>>>\\);刺激-反應不一致狀態\\(沖突狀態,<<><<或>><>>\\)。三種狀態隨機出現且概率相等。因此,本實驗設計為刺激-反應相容性×年齡因素的兩因素混合因素設計,其中刺激一致性效應是考察知覺階段干擾控制的指標,反應一致性效應是考察反應階段干擾控制的指標。
1.2.3測試方法被試者坐于暗光屏蔽室內,雙眼水平注視顯示屏中心,距顯示屏100 cm,水平及垂直視角均<5°,室溫25℃左右。要求被試者對中間的箭頭方向作反應,而忽略旁邊的箭頭或“+”,中間箭頭朝向左則左手按鍵,朝向右則右手按鍵。
1.2.4ERPs測量及分析ERPs分析以刺激呈現前200 ms至刺激呈現后1 000 ms,根據總平均圖確定ERPs各成分的時間分析窗口,取200~350 ms為N2時間窗,以-200~0 ms為基線,測量平均電壓值及峰值潛伏期。將刺激-反應不一致狀態減去中性狀態的電位曲線得到差異電位曲線N380,采用ASA 3.1軟件測量差異電位曲線N380的始潛時、持續時間及平均波幅,并進行LORETA源定位分析。具體測量方法:自200~800 ms內每50 ms為一個時間分析窗口,分別測量不同刺激條件下各時間窗的平均波幅,對同一時間窗內兩種條件下的平均波幅以SPSS13.0軟件包進行重復測量的單因素方差分析,采用Greenhouse-Geisser方法校正P值,Repeated方法進行因素內不同水平間的對比,以此確定差異波N380的始潛時及持續時間,繼而測量平均波幅。
1.2.5統計學方法以SPSS 13.0軟件包對N2的平均電壓值、峰值潛伏期及波幅進行重復測量的方差分析并比較其主效應,對差異電位曲線N380的始潛時、持續時間及平均波幅進行重復測量的多因素方差分析。
2結果
2.1 ERPs行為學指標
2.1.1正確率青年組中性狀態下正確率較刺激-反應一致狀態略有降低\\(P<0.05\\),刺激-反應不一致時明顯下降\\(P<0.05\\)。老年組中性狀態下正確率與刺激-反應一致狀態相比無顯著差異,但刺激-反應不一致時則較中性狀態明顯降低\\(P<0.01\\)。與青年組相比,老年組不同刺激條件下的正確率均無顯著差異,刺激-反應相容性與年齡因素間亦無交互效應\\(表1\\)。
2.1.2反應時青年組中性狀態下的反應時較刺激-反應一致狀態明顯延長\\(P<0.01\\),刺激-反應不一致狀態與中性狀態相比亦差異顯著\\(P<0.01\\)。老年組有類似趨勢,且各刺激條件下反應時均較青年組明顯延長\\(P<0.01\\)。中性減去刺激-反應一致狀態后,刺激一致性效應與年齡因素無交互效應。刺激-反應不一致減去中性狀態后,反應一致性效應與年齡因素存在交互效應。
2.2ERPs數據
2.2.1N2青年組N2出現于刺激呈現后209~318 ms時間窗內,頭皮分布局限于前頭中央部,前頭部波幅略高于后頭部,左右半球波幅無差異。老年組N2于刺激呈現后205~316 ms時間窗內出現,但頭皮分布明顯后移,后頭部波幅明顯高于前頭部\\(P<0.01\\),Pz波幅最高,左右半球波幅亦無差異。不同刺激條件下相比較,兩組N2潛伏期與波幅均無變化。刺激-反應相容性與左右半球、前后頭部及年齡因素均無交互效應\\(圖1,見彩圖頁Ⅰ\\)。
2.2.2差異波N380以刺激-反應不一致狀態減去中性狀態的ERPs波形得到N380差異曲線\\(圖1,見彩圖頁Ⅰ\\)。青年組N380于刺激呈現后300 ms出現,持續時間150 ms。該波形呈全頭分布,Pz波幅最高,左右半球波幅無顯著差異,后頭部顯著高于前頭部,后頭部左右兩側無差異。老年組N380于刺激呈現后350 ms始出現,持續時間明顯延長至250ms。波形亦為全頭分布,Pz波幅最高,左右半球波幅無顯著差異,后頭部亦顯著高于前頭部\\(P<0.01\\),后頭部左右兩側亦無明顯差異。與青年組相比較,老年組N380始潛時延遲,持續時間延長,平均波幅無顯著差異。左右半球與組間、前后頭部與年齡因素均無交互效應。
2.3LORETA源定位分析
圖2為兩組被試不同刺激條件下N2所在時間窗腦內電流活動密度斷層圖。刺激-反應一致狀態下,青年組左前額葉內側面及扣帶回背側左前輔助運動區明顯激活,右前額背外側區域輕度激活。老年組可見雙側顳葉、雙前額葉背外側區域激活,左前額內側面電流活動較弱;中性狀態下,青年組腦內電流活動主要集中于左前輔助運動區,右前額葉背外側區域激活亦較為明顯。老年組雙前額葉背外側尤其右側區域激活增強,其次為雙側顳葉區域,前額內側面激活不明顯;刺激-反應不一致即沖突狀態下,兩組激活腦區均與中性狀態相似,但老年組前額葉活動減弱,顳葉區域明顯增強\\(圖2,見彩圖頁Ⅰ\\)。對差異波N380進行LORETA源定位分析,青年組在357至400 ms時間窗內出現右側顳葉、右側前額背外側、左顳葉、左前額葉背外側多個區域的激活,右側較左側明顯。老年組在420至486 ms時間窗內右前額背外側、右顳葉區域激活不明顯,而主要見左顳葉、左前額背外側、左前額內側面區域激活\\(圖3,見彩圖頁Ⅰ\\)。
在正常的年老化過程中,前額葉和皮層下的單胺能核受年齡變化的影響最為明顯,包括皮層萎縮和神經元的喪失、樹突分枝減少和軸突髓鞘結構的破壞\\(白質退行性變化\\)以及一些神經遞質濃度的降低和受體數量的減少\\(如多巴胺系統的退化\\)等,而前額葉是執行功能重要的物質基礎,因此相對于其它的腦結構或認知功能,前額葉或執行功能的年老化改變更為顯著。對沖突信息的干擾控制是執行抑制功能的一個重要方面,目的是抑制與目標行為產生競爭的事件或反應,而flanker側翼沖突信息干擾效應可能源自運動反應階段的競爭,也可作用于知覺加工過程。
為了將二者區分開來,本研究操縱了沖突出現的知覺與反應階段。行為學數據顯示,老年組各種刺激條件下的反應時均明顯延長,尤其當沖突發生在反應階段上時,老年組反應時的延長程度表現出較青年組更為明顯的干擾效應。提示隨年齡增長,老年人對沖突信息的加工處理速度減慢、抑制干擾的能力減退,尤其當沖突信息出現于反應階段時,該種增齡改變尤為明顯,提示前額葉執行抑制功能隨增齡減退主要表現為反應執行過程中由于反應選擇的競爭以致運動反應起動延遲、耗時增多,也側面提示了知覺階段沖突信息監測及加工處理在某種程度上受高級認知功能變化的影響比較小。
單純行為學研究常常難以揭示認知活動中不同階段不同腦區的活動,因此本研究將行為學指標與ERPs指標相結合,結果發現,無論沖突出現在知覺階段還是反應階段,青年組前額負成分N2的潛伏期、波幅均無變化,提示在flanker刺激范式下,N2并非是一項反映刺激知覺階段或反應階段沖突信息干擾作用的ERPs敏感指標,這與某些研究結果相一致。而老年組在不同刺激條件下N2潛伏期、波幅的變化趨勢與青年組相同,變化程度亦無顯著差異,提示N2隨年齡增長,潛伏期及波幅的變化均不明顯,這似乎說明老年人前額葉沖突監測的執行抑制功能無明顯衰退,但老年組N2頭皮分布較青年組明顯后移,源定位分析結果顯示刺激-反應不一致狀態下出現雙額葉背外側、雙側顳葉區域的激活,而前輔助運動區、前額中央部內側面激活并不明顯,提示在該刺激狀態下青年人表現出高度特異性的神經激活模式,而老年人不僅出現左前輔助運動區、右前額背外側等相關區域激活減弱,而且調動了左前額背外側、雙側顳葉等其它腦區的認知資源以完成任務,從而表現出神經結構分布的更廣泛性和非特異性,使得老年人在認知相關區域功能減退的情況下能夠完成認知任務。Lucci等在一項go-Nogo任務的ERPs研究中則發現,雖然老年被試額葉Nogo-N2幾乎消失,但該時間窗內可見到后頭部及前額葉區域的顯著激活,且前額葉活動與錯誤率呈負相關,提示隨年齡增長,額葉干擾抑制功能進行性衰退,其它腦區則加入到任務執行過程中以確保認知任務的準確完成。
為了分離沖突出現的不同階段、進而尋找ERPs敏感指標,本研究采用了相減技術,以刺激-反應不一致狀態減去中性狀態ERPs波形得到差異曲線N380\\(反映反應階段的沖突\\)。N380在青年組于刺激呈現后300~450 ms時窗內出現,老年組始潛時及持續時間明顯延長,與行為學結果所示刺激-反應不一致狀態較中性狀態反應時延長相一致。提示老年人額葉干擾控制功能的減退主要表現在反應階段沖突信息加工過程的起動及信息處理緩慢、持續時間延長,而N380正是可敏感反映這種變化的ERPs成分。進一步的源定位分析顯示,N380所在時間窗內青年組雙側前額葉背外側、雙側顳葉多個區域激活,尤其右前額背外側、右側顳葉激活最為顯著,提示前額葉皮層及顳葉均參與了反應階段沖突信息的加工處理過程,其中前額葉背外側區域與沖突信息加工處理過程中的反應選擇、執行控制密切相關。老年組可見左前額背外側、左側顳葉、左前額內側面區域激活,右前額背外側區域激活較青年組明顯減弱而左顳葉激活增強,右顳葉則未見明顯電流活動。提示隨年齡增長,在反應階段出現沖突時,老年人右前額葉皮層對沖突信息干擾的執行控制、反應選擇等認知過程起動延遲,速度減慢,并由此調動左前額背外側、左側顳葉等其它腦區的認知資源以完成任務,表明老年人對沖突信息干擾的執行抑制功能隨齡減退,ERPs成分N380可能反映了前額葉背外側皮層在沖突信息加工處理過程中反應選擇、評價執行控制等認知方面的活動。
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