尹 剛，劉鐵軍

(電子科技大學神經信息教育部重點實驗室 成都 610054)

在使用事件相關電位(ERP)研究反應抑制的腦機制時，通常采用Go/NoGo實驗范式，即要求被試只對特定的靶刺激做出行為反應(Go任務)，而對于非靶刺激，克制行為反應(NoGo任務)。在Go/NoGo實驗范式下，很多研究者發(fā)現了與前額葉相關的抑制機制的ERP證據，其中兩個最重要的ERP成份為：1) 在刺激后的大約200～300 ms內的N2成份，NoGo任務下的N 2相對于Go任務有更大的負向幅度；2) 在刺激后的大約300～600 ms內的P3成份，NoGo任務下P3相對于Go任務有更大的正向幅度。上述現象也稱為NoGo-N2效應和NoGo-P3效應，被研究者認為是與反應抑制密切相關的[1-5]。

盡管很多研究結果表明在視覺或聽覺Go/NoGo任務中能得到穩(wěn)定的NoGo-N2、P3效應，然而在Go任務中由于有行為反應的參與，與行為反應有固定鎖時關系的運動相關成份有可能與刺激引發(fā)的N2、P3成份產生相互交疊(刺激引發(fā)的N2、P3與刺激出現的時間有固定的鎖時關系)，造成真實的NoGo-N2、P3效應被Go任務中的運動相關成份所干擾。因而很多研究者對反應抑制過程中是否出現NoGo-N2、P3效應產生了爭論，爭論的焦點主要集中在NoGo-P3效應上[6-9]。文獻[4]和文獻[10]發(fā)現前額葉腦區(qū)的NoGo-P3效應僅出現在需要按鍵反應的實驗條件下，并不出現在計數條件下。而文獻[5]和文獻[11]并沒有得到類似結果。因此NoGo-P3效應是反映反應抑制的相關過程還是反映運動相關成份的干擾過程，依然是研究反應抑制腦機制中所爭論的問題。

在Go任務下，刺激成份是鎖時于刺激出現的時間，而運動相關成份鎖時于反應時，因此直接以刺激時間為參考的疊加平均ERP中既包含刺激成份又包含運動相關成份，從而掩蓋了Go任務下刺激引發(fā)的真實ERP成份?；谠搯栴}，文獻[12]提出了刺激、反應成份分解方法，能有效地恢復Go任務下真實的刺激、反應成份，該算法已經推廣到多事件相關成份的分解[13]。

本文首先運用刺激、反應成份分解方法恢復Go任務下刺激引發(fā)真實的ERPs成份，然后對比Go/NoGo兩種任務下N2、P3成份之間的差異，對NoGo-N2、P3效應做進一步的討論。

1 刺激、反應成份分解方法

2 實驗數據

本文中使用的數據來自網上免費數據(http://www.sccn.ucsd.edu/~arno/fam2data/publicly_a vailable_EEG_data.htm l)

2.1 實驗設計

14個被試者參與動物分類和識別任務兩種任務條件，本文采用分類動物與非動物圖片的實驗數據。靶刺激圖片和非靶刺激圖片以等概率(50%)的方式呈現。實驗采用經典Go/NoGo范式，行為反應的方式是抬起壓在觸敏按鈕上的手指。對于Go任務，要求被試者看到靶刺激圖片時盡可能快和準確地做出行為反應。

實驗開始時，黑色背景屏幕中央出現0.1°視角的固定點，刺激圖片為寬4.5°視角、高6.5°視角，呈現時間為20 ms，要求被試在1 000 ms內做出行為反應。刺激呈現的時間間隔為1 800～2 200 ms。

2.2 數據獲取

EEG數據記錄采用32導腦電采集系統(tǒng)(Oxford Instruments)，以頭頂電極(CZ)作為參考電極。EEG的采樣率為1 000 Hz，并對EEG數據做30 Hz的低通濾波。在迭加平均腦電數據之前需要去除偽跡(眨眼、眼動以及肌電)，參考電極被重新計算為平均參考。

3 結 果

本文分別對所有14個被試者計算Go任務下的刺激、反應成份分解的結果，得到Go任務下刺激引發(fā)的純刺激成份。本文選擇N2成份的時間范圍在刺激后200～300 ms，圖中的陰影區(qū)分別表示N2、P3時間段，P3的時間范圍在刺激后的300～500 ms。其中Go條件的ERP波形有兩種，一種是直接疊加平均ERP波形(Go直接平均)，另一種是通過刺激反應成份分解恢復出的純刺激成份ERP波形(Go恢復)。

圖1顯示了Go條件下純刺激成份ERP和直接迭加平均ERP以及NoGo條件下的平均ERP波形。為了說明方便，將Go任務下分解后得到的純刺激成份ERP稱為Go恢復，將Go任務下直接刺激時間疊加平均ERP稱為Go直接平均。在比較兩種任務下的N2和P3成份時，選擇刺激后200～300 ms和刺激后300～500 ms時間段內ERP的平均幅度分別作為N2和P3成份的幅度。

圖1 14個被試者分別在Go和NoGo條件下的總平均ERP波形

3.1 N2成份

圖2a顯示了不同腦區(qū)N2時間段內的平均幅度，本文選擇了不同的腦區(qū)的3個典型電極：FZ(前額葉區(qū))、PZ(后頂區(qū))、OZ(枕區(qū))。對于FZ電極，配對T檢驗的統(tǒng)計結果顯示NoGo任務下的N2相對于Go任務有更大的幅度(NoGovs.Go直接平均t=6.616，p<0.001；NoGovs.Go恢復t=5.845，p<0.001)。同時Go直接平均的N2幅度大于Go恢復的N2幅度(Go直接平均vs.Go恢復t=2.185，p=0.0478<0.05)。對于Pz電極，兩種任務下的N2幅度沒有顯著性差異(NoGovs.Go直接平均t=1.036，p=0.319>0.05；NoGovs.Go恢復t=0.233，p=0.820>0.05)。對于OZ電極，NoGo任務相對于Go任務有更大的幅度(NoGovs.Go直接平均t=5.527，p<0.001；NoGovs.Go恢復t=4.428，p<0.001)。同時Go直接平均幅度和Go恢復的N2幅度沒有顯著性差異(Go直接平均vs.Go恢復t=0.85，p=0.41>0.05)。

圖2 3個典型電極(FZ、PZ、OZ)上的N2成份和P3成份幅度的對比

3.2 P3成份

對于刺激后300～500 ms的時間段，計算3種情況下(NoGo、Go直接平均、Go恢復)ERPs的平均幅度并做配對T檢驗，結果如圖2b所示。對于FZ電極，Go直接平均的P3相對于NoGo任務有更大的幅度(NoGo vs. Go直接平均t=4.262，p<0.001)，Go恢復的P3幅度和NoGo任務下P3幅度無統(tǒng)計顯著性差異(NoGo vs. Go恢復t=0.443，p>0.05)。同時，Go直接平均P3幅度和Go恢復P3的幅度有顯著性差異(Go直接平均 vs.Go恢復t=4.588，p<0.001)。對于PZ電極，其結果和Fz電極上的結果類似，Go直接平均的P3幅度相對于NoGo和Go恢復均有更大的幅度，Go恢復的P3幅度和NoGo任務P3幅度無統(tǒng)計顯著性差異(NoGovs.Go直接平均t=4.509，p<0.001；NoGo vs. Go恢復t=0.365，p=0.721>0.05；Go直接平均vs.Go 恢復t=6.552，p<0.001)。對于OZ電極，各情況之間均無統(tǒng)計顯著性差異(N o G o v s.G o直接平均t=1.668 1.95，p=0.119>0.05；NoGo vs.Go恢復t=1.95，p=0.079>0.05；Go直接平均vs.Go恢復t=1.711，p=0.09>0.05)。

3.3 NoGo、Go差異成份

為了檢測Go、NoGo任務之間ERP成份的差異，通常采用的方法是對兩種任務下的ERP波形進行配對相減得到差異波。圖3顯示了NoGo和Go任務間的ERP差異波以及差異波在N2和P3時間段內的平均頭表地形圖，圖中的陰影部分分別表示N2(200～300 ms)和P3(300～500 ms)時間段。

圖3 NoGo和Go兩種任務之間的ERP差異波以及差異波在N2和P3時間段的平均頭表地形圖

4 討 論

傳統(tǒng)的研究表明，Go/NoGo實驗范式下，大腦前額葉區(qū)NoGo任務相對于Go任務有N2的負向偏移和P3的正向偏移(NoGo-N2、P3效應)，因此文獻[1-5]認為NoGo-N2、P3效應反映了反應抑制的過程。本文采用直接迭加平均ERP的對比結果表明NoGo-N2、P3效應和傳統(tǒng)的研究結果是一致的。然而，關于NoGo-N2、P3效應是否反映反應抑制過程依然存在一些爭論，爭論的焦點是NoGo-N2、P3效應是否來自于Go任務下的運動相關成份。研究結果表明，從Go任務下直接疊加平均ERP中剝離了運動相關成份后NoGo-N2效應依然存在，而NoGo-P3效應則消失了，如圖3b所示，這說明在直接疊加平均下得到的NoGo-P3效應是運動相關成份的疊加效果，很可能與反應抑制過程無關。下面分別討論這兩個效應。

4.1 Go/NoGo的N2效應

對于刺激后的大約200～300 ms前額區(qū)的N2成份，NoGo任務相對于Go任務(Go直接平均，Go恢復)有一個負向偏移。雖然對比NoGo和Go直接平均以及NoGo和Go恢復都得到似的NoGo-N2效應，但對比NoGo和Go恢復得到的NoGo-N2效應更為明顯，同時圖3中NoGo-N2效應的頭表地形圖表現在前額區(qū)更為聚集，這主要是因為在前額葉區(qū)靠近運動區(qū)，Go任務下運動相關電位的早期負向電位通過體傳導疊加到刺激引發(fā)的ERP上，使得刺激引發(fā)的N2成份幅度增加，從而導致NoGo和Go任務之間的N2成份幅度差異減小。因此本文的結果增強了NoGo-N2效應。

4.2 Go/NoGo的P3效應

在Go/NoGo實驗范式下，傳統(tǒng)的研究結果表明在刺激后的大約300～500 ms前額葉區(qū)NoGo任務的ERP相對于Go任務的ERP有正向偏移，即NoGo-P3效應。對比直接疊加平均ERP，能得到很明顯的NoGo-P3效應(如圖2b和圖3a所示)。同時NoGo-P3效應有很明顯的前額葉區(qū)的分布(圖3a)，這與傳統(tǒng)的研究結果相符合。當從Go任務下直接疊加平均ERP中剝離開運動相關成份以后，無論時間過程還是頭表地形圖NoGo-P3效應都消失了，這說明按傳統(tǒng)方式得到的NoGo-P3效應的確來自運動相關成份的疊加效果。本文的研究結果也證實了文獻[6]和文獻[14]的推測：NoGo-P3效應并不反映在NoGo條件下的抑制過程，可能僅僅是Go條件下運動相關成份的疊加效果。在文獻[15]的研究結果中，計數條件下NoGo任務并沒有相對于Go任務下更大的P3幅度，特別是在前額區(qū)(作者并未對此現象做出討論)，這也從另外一個角度說明了在按鍵條件下運動相關成份對NoGo-P3效應有很大的影響。但文獻[11]在對比按鍵和計數條件下的NoGo-P3效應時發(fā)現兩種情況都觀察到了前額區(qū)NoGo任務下P3的幅度大于Go任務下P3的幅度，這與文獻[6]的研究結果相矛盾，同時文獻[5]的研究結果也得出類似結論：按鍵和計數兩種情況都觀察到了前額區(qū)NoGo-P3效應，而計數條件下的NoGo-P3效應比按鍵條件弱，其原因是NoGo-P3效應有少部分是來自于Go任務下的運動相關成份。實際上造成上述研究結果的不一致以及對NoGo-P3效應解釋的分歧主要有以下3個可能的因素：

1) 刺激概率，無論是Go任務還是NoGo任務下的P3幅度都和刺激概率成負相關的關系[15]，從文獻[15]的研究結果可以看出，當刺激概率為75%時NoGo-P3效應基本上消失了。文獻[6]采用的靶刺激概率為15%，文獻[5]采用的靶刺激概率為20%，文獻[11]采用的是等概率50%刺激。

2) Go任務下反應時的差別。反應時的長短與實驗任務的難度、刺激方式以及被試的精神狀態(tài)等因素有關[16]。反應時長短以及反應時的分布，都將影響運動相關成份在刺激引發(fā)的ERP上的疊加效果。文獻[6]的實驗中，對于不同的刺激概率平均反應時是不一樣的(25%：434 ms；50%：401 ms；75%：373 ms)，文獻[10]使用體感刺激時得到的平均反應時是216.7 ms，文獻[5]使用聽覺刺激得到的平均反應時分別是434和535 ms?？梢钥闯霾煌瑢嶒灄l件下得到的反應時差別是比較大的。

3) 在計數條件下被試的計數策略的差別。在按鍵條件下要求被試盡可能最快和最準確地做出行為反應。和按鍵反應不一樣，計數條件下被試沒有時間壓力，因此被試完成任務的策略也不一定是相同的，例如被試可以在靶刺激出現后立即計數，也可以等到下一個刺激來臨之前計數。很明顯這兩種計數方式的心理過程是不一樣的，因此會導致最終得到ERP波形的不一致。另外由于計數方式沒有外部行為表現，在實際實驗過程中不可能監(jiān)測到被試的計數策略，因此不同的計數策略下得到的NoGo效應也可能是有差別的。

綜上所述，出現對NoGo-P3效應解釋的廣泛爭論是因為缺乏運動相關成份是否影響NoGo-P3效應最直接的證據。因此，只有從Go任務中恢復出真實的刺激引發(fā)的成份才能找到NoGo-P3效應是否反映反應抑制過程的直接證據。

另外，由于本文的實驗中靶和非靶刺激的概率都是50%，被試在實驗任務中對靶和非靶刺激投入的心理資源量是相等的，本文的研究從Go任務下直接疊加平均ERP中剝離運動成份后，Go任務和NoGo任務在后頂區(qū)的P3成份也沒有差別如(圖1和圖3)，該結果符合相關文獻報道：經典P3主要分布在后頂區(qū)，它的幅度和刺激概率成負相關的關系，且P3的波幅與投入心理資源量成正比[17]。而直接迭加平均的結果顯示大腦后頂區(qū)的Go任務下的P3幅度比NoGo任務下的P3幅度大，這說明運動相關成份的疊加效果在后頂區(qū)依然存在。因此本文實驗采用刺激反應成份分解方法能有效地去除經典疊加平均方法中運動相關成份的干擾。

5 結 論

通過刺激、反應成份分解算法從Go任務下ERP數據中恢復出真實的刺激引發(fā)的ERP成份，結果表明，NoGo-N2效應反映了反應抑制過程，而NoGo-P3效應是來自運動相關成份的干擾，與反應抑制過程無關。本文的結果是在等概率視覺刺激實驗條件下得到的，對于不同的刺激概率以及不同的刺激方式(聽覺，體感等)是否有相同的結論還需要進一步的研究論證。

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編 輯 黃 莘