在生气和害怕声音情绪暴露下新生儿事件相关电位的初步研究

孙国玉 侯新琳 周丛乐 周燕霞



·论著·

在生气和害怕声音情绪暴露下新生儿事件相关电位的初步研究

孙国玉 侯新琳 周丛乐 周燕霞

目的 应用事件相关电位(ERP)技术，研究足月儿生后早期能否分辨生气和害怕的声音。方法 选取出生7 d内的足月儿，在睡眠状态下进行实验。采用oddball模式对害怕(出现频率为80%)和生气(出现频率为20%)的“dada”声音进行播放，并按照国际标准10-20系统电极放置法，采集大脑皮质额中央区(FC3、FC4)和中央顶区(CP3、CP4)处的脑电信号。同时应用振幅整合脑电图(aEEG)监测睡眠周期。从情绪、电极位置和睡眠周期3个方面对新生儿ERP波幅、失匹配反应(MMR)波峰潜伏期和MMR波幅进行分析。结果 31例随访至生后6月龄神经发育正常的新生儿纳入本文分析，男16例，女15例。31例新生儿大脑皮质不同电极位置在活动睡眠(AS)期和安静睡眠(QS)期时，生气和害怕情绪语音刺激后均产生了ERP。在AS期FC3、FC4处，生气和害怕语音刺激后的300～500 ms产生了MMR波，FC3和FC4处MMR波幅分别为(1.64±0.55)μV和(2.70±0.62)μV。在QS期FC3、FC4、CP3和AS期CP3和CP4，两种语音刺激产生的ERP波幅差异无统计学意义。结论 新生儿大脑皮质额中央区在AS期能够分辨不同情绪的语音，而在QS期不能够进行分辨。提示足月儿生后大脑皮质已具备分辨不同情绪语音的功能。

新生儿； 情绪； 事件相关电位

人类的听觉神经传导通路在出生时已经发育成熟[1～3]，甚至有文献[4]报道27周的早产儿即可区分不同的声音，可以听取并分辨不同频率的纯音。出生后的新生儿是否就能够分辨不同情绪的声音呢?2012年，Cheng等[5]首次研究给出生1～5 d新生儿听取愉快和不愉快(包括生气和害怕)的声音，发现新生儿生后早期即可辨别愉快或不愉快的声音。但是，对于不愉快的生气和害怕声音能否进行分辨，上述研究未进一步探讨。目前研究较多的是应用听觉事件相关电位(ERP)技术，选用不同频率的纯音作为声音刺激信号。ERP是外界刺激后，由大脑皮质特定区域产生的、与刺激有相对固定时间间隔和特定位相的生物电反应。目前ERP研究[1～3,6,7]发现新生儿能够对不同频率的语音或母语和非母亲声音进行辨别。但是对于不同情绪的声音是否也能够进行分辨，目前研究尚少。本研究应用ERP方法，对足月儿分别播放生气和害怕的情绪声音，同时应用振幅整合脑电图(aEEG)技术，监测睡眠周期，对其大脑皮质的反应性进行研究，探讨其对这2种情绪声音的反应，为进一步评价新生儿的听觉认知功能提供客观证据。

1 方法

1.1 伦理 本研究方案经北京大学第一医院(我院)临床研究伦理委员会审批，新生儿接受试验前均告知父母并征得其知情同意。

1.2 纳入标准 选取2014年6月至2014年12月于我院新生儿科住院的足月儿。同时满足以下条件：①适于胎龄儿；②出生后1～7 d；③无围生期缺氧窒息史；④无Ⅲ、Ⅳ度脑室内出血、脑白质损伤和脑梗死等脑损伤；⑤临床诊断为生理性黄疸或轻度吸入性肺炎；⑥通过了耳声发射(OAE)和自动听觉脑干反应(AABR)检查。

1.3 剔除标准 ①在ERP实验过程中新生儿出现难以安抚的哭闹致实验终止者；②为了排除行ERP时潜在的神经系统发育异常，需要在6月龄时至我院由儿童神经科专家查体评估神经系统发育，故6月龄未来我院随访或至我院随访神经系统发育评估异常者的ERP数据被剔除。

1.4 实验方法

1.4.1 实验条件 出生后1～7 d的新生儿在适宜温度的隔音房间内，喂奶自然入睡后进行实验。①连接脑电图记录仪(HANDYEEG，Micromed，Treviso，Italy)，按照国际标准10-20系统电极放置法，电极放置额中央区(FC3、FC4)和中央顶区(CP3、CP4)(图1A)，电极均采用Ag-AgCl盘状电极，阻抗均<5 kQ，播放声音刺激信号的同时行脑电信号的采集反映ERP水平；②连接aEEG(Olympic CFM 6000，Biologic)，电极放置双侧顶骨区(P3、P4)(图1A)，采集新生儿的脑电活动，对活动睡眠(AS)期和安静睡眠(QS)期进行监测；③佩带耳机双耳接收声音信号；④完整的声音刺激实验过程(60 min以上)至少包括一个睡眠周期。

1.4.2 声音刺激 ①声音刺激语音信号参考Cheng等[5]的研究，为青年女性发出标准刺激高频音代表“害怕”的“dada”语音，偏离刺激低频音代表“生气”的“dada”语音；②按照oddball模式进行播放，每个“dada”语音持续时间为350 ms，强度为57～62 dB，平均59 dB；③每段语音信号有300个声音刺激，包括80%(240个)“害怕”语音和20%(60个)“生气”语音；④“生气”语音被随意加入“害怕”语音之中；⑤共有12段语音信号供播放。

1.5 观察指标 在“生气”和“害怕”的语音刺激下，大脑皮质产生相应的ERP波形，并在刺激结束后300～500 ms产生了最大波幅的正向波。①ERP波幅(图1B)：是指大脑皮质对一种外界刺激产生的最大的脑电反应波幅。②失匹配反应(MMR)波峰潜伏期(图1C)：是指“害怕”语音和“生气”语音诱发结束后至产生最大MMR波幅的时间，代表大脑皮质对“生气”情绪的提前注意能力，潜伏期越短，说明对刺激语音信号越敏感，即越易分辨2种声音刺激。③MMR波幅(图1C)：判断不同声音刺激后大脑皮质反应的差异，在oddball模式下，“害怕”语音诱发的ERP减去“生气”语音诱发的ERP[8]，波幅减值越大，反映大脑对不同刺激的分辨能力越强[9]。

1.6 统计学方法 采用SPSS 16.0软件进行统计分析。应用重复测量方差分析，从情绪(生气、害怕)、电极位置(FC3、FC4、CP3、CP4)、睡眠周期(AS期、QS期)3个变量对足月儿ERP波幅、MMR波峰潜伏期和MMR波幅进行分析。采用η2评估独立变量的效应大小，偏η2<0.06为方差检验效果小，～0.14为方差检验效果中等，≥0.14为方差检验效果显著。P<0.05为差异有统计学意义。

1 电极放置、ERP波幅、MMR波峰潜伏期和MMR波幅示意图

Fig 1 Drawing of electrode placement, ERP amplitude, latency of MMR peak and MMR amplitude

2 结果

2.1 一般情况 本研究共纳入38例出生1～7 d的足月儿，其中4例由于哭闹导致实验终止，另外3例出院后6月龄未来院随访，予以剔除，31例随访至生后6月龄神经发育正常的新生儿进入本文分析。男16例，女15例；出生胎龄37～41+6(39.2±1.0)周；出生体重2 700～4 200(3 435±390)g；日龄1～7(2.6±1.8)d。

2.2 ERP波幅 在AS期和QS期，FC3、FC4、CP3和CP4处，“生气”或“害怕”语音刺激后，31例新生儿均记录到ERP波形(图2)。

2.2.1 睡眠周期对ERP波幅的影响 如表1和图2所示，在FC3、FC4、CP3、CP4处，AS期由“生气”和“害怕”语音刺激下产生的ERP波幅高于QS期。

2.2.2 不同脑区对ERP波幅的影响 如表1和图2所示，AS期时，在FC3、FC4处由“生气”语音刺激下产生的ERP波幅显著高于“害怕”语音；而CP3、CP4处ERP波幅差异无统计学意义。在QS期，CP3、CP4处，“害怕”语音刺激下产生了相应的反应波，而对“生气”语音刺激反应波幅较低。

2.3 MMR波峰潜伏期 31例新生儿均在AS期和QS期，FC3、FC4、CP3和CP4处，在“生气”和“害怕”的语音刺激后300～500 ms，检测到MMR波(图2)。

2.4 MMR波幅

2.4.1 睡眠周期对MMR波幅的影响 如表1和图2所示，FC3、FC4、CP3和CP4处在AS期产生的MMR波幅显著高于QS期。

ERPamplitudeAngryFearη2PMMRamplitudeActivesleepFC35.09±0.453.45±0.400.2270.0061.64±0.55FC46.07±0.523.37±0.510.3910.0002.70±0.62CP30.96±0.471.80±0.400.0520.210-0.84±0.65CP41.65±0.551.08±0.340.0260.3820.57±0.64To-tal3.44±0.322.42±0.350.1420.0341.02±0.46QuietsleepFC32.74±0.412.48±0.500.0050.7120.26±0.67FC42.36±0.582.37±0.500.0000.988-0.01±0.78CP30.46±0.481.72±0.340.1180.054-1.26±0.63CP4-0.26±0.401.55±0.380.2530.003-1.81±0.57To-tal1.32±0.312.03±0.390.0570.190-0.71±0.53

Notes AS: active sleep; QS: quiet sleep

2.4.2 不同脑区对MMR波幅的影响 总体上，FC3、FC4处产生的MMR波幅高于CP3、CP4处。在AS期，FC3、FC4处产生的MMR波幅明显高于CP3、CP4处。

2 不同情绪、睡眠周期下FC3、FC4、CP3和CP4处事件相关电位波形

Fig 2 ERP waves under different moods, sleep cycle at FC3, FC4, CP3 and CP4

3 讨论

ERP技术已经逐渐成为探索大脑功能的有力手段，而近年来在婴儿期进行的MMR研究无疑将为临床应用开启新的方向。由于MMR来源于大脑皮质，可以客观准确评估中枢听觉皮质加工和听觉知觉综合能力，并且不受注意力影响，不需要受试者对声音作出反应，在睡眠中的儿童也能被记录到；且MMR在出生后即可诱发出，尤其适合应用于婴幼儿及小年龄儿童的听觉认知功能的评价。

本研究使用多导电极对健康足月儿进行了MMR的研究,给予31例足月儿听取“生气”和“害怕”情绪的声音，结果显示在刺激声音结束后300～500 ms引出了MMR波，说明足月儿可以区分不同情绪的声音，这与Cheng等[5]的研究相符。

目前研究[10,11]表明婴儿MMR平均峰潜伏期在100～450 ms。Winkler等[12]通过给14例生后2～5 d的足月儿听取不同频率的声音，发现在AS期声音刺激后的180～400 ms产生了MMR波。Leppänen等[6]对21例处于QS期的足月儿进行听力ERP研究显示，在不同频率的声音刺激后的150～375 ms，也产生了MMR波。这与本研究MMR极性为正，潜伏期在300～500 ms大致相符。MMR潜伏期受到脑皮质成熟度、睡眠状态和刺激材料特征等因素影响，其范围存在一定变异。大脑皮质发育越成熟，可能越能快速地分辨不同情绪的声音。有研究结果显示早产儿的MMR潜伏期较足月儿短。Cheour等[13]给纠正胎龄30～35周的早产儿、足月儿及生后3月龄的小婴儿听“y”及“i”音节，发现3组均能对这2个音节进行分辨，且MMR波幅差异无统计学意义，但是MMR潜伏期平均值随着年龄的增加而逐渐缩短(380 msvs273 msvs229 ms)。Bisiacchi等[14]对胎龄23～29周和30～34周的早产儿在纠正胎龄35周时进行ERP研究，均在150～400 ms范围内均出现了显著的MMR波幅，较本研究足月儿MMR潜伏期缩短。

不同睡眠状态的生理学基础不同[15]，在AS期，脑耗氧量增加，脑血流量增多，脑内蛋白质合成加快，有利于建立新的突触联系，促进学习记忆。而在QS期，机体的耗氧量下降，脑的耗氧量无明显变化，主要为了体力的恢复。成人听力ERP研究[16,17]显示，随着大脑睡眠的加深，MMR潜伏期延长，而振幅下降，醒觉状态会对大脑的认知反应产生影响。新生儿每天20余小时均在睡眠中度过，对听觉信息的处理常在睡眠中完成，不同睡眠周期在脑功能成熟方面扮演的角色是否也存在差别，目前也引起研究者[18～20]的关注。Suppiej等[11]对26例胎龄25～35周的早产儿在纠正胎龄35周时进行ERP实验，予1 000 Hz与2 000 Hz的声音刺激，发现仅在AS期时，刺激后的200～300 ms产生了明显的MMR波，而QS期并未产生明显MMR波。Ceponiene等[21]研究发现，不同频率的声音刺激下，81%的足月儿在AS期刺激后100～350 ms产生了MMR波。本研究应用aEEG技术，对睡眠周期进行区分，发现在AS期足月儿产生了较明显的MMR波，而在QS期未能发现明显差异，与以上研究相符。有研究显示在QS状态下，新生儿也可以产生听觉ERP。Leppänen等[6]对21例处于QS期的足月儿进行的听力ERP研究显示，在不同频率的声音刺激后的150～375 ms，产生了MMR波。Cheour-Luhtanen等[22]在12例足月儿QS期，以不同的出现频率播放“y”和“i”的声音刺激，在刺激结束后200～250 ms也出现了MMR波。但上述研究未探讨AS期MMR的情况。

本研究发现新生儿生后早期即可分辨不同情绪的声音。虽然对不同情绪语音信号的辨别并不能够证明新生儿可以分辨不同的情绪，但至少说明对不同情绪语音进行加工的大脑皮质在新生儿期已存在。本研究发现对于不同情绪的声音进行分辨的大脑皮质主要位于FC3和FC4，而CP3和CP4处产生的ERP波幅较小，对2种声音分辨能力较差。Cheng等[5]研究也证实出生1～5 d新生儿在不愉快的语音条件下，由大脑皮质额区(F3和F4)产生的MMR波幅明显高于愉快语音，但在双侧枕区(P3、P4)和颞区(T3、T4)差异并不明显。Cheour-Luhtanen等[22]应用MMN技术，对12名出生1～5 d的健康足月儿播放“y”和“i”的声音，也发现在F3和F4处产生的MMR波最明显，而C3、C4、P3和P4处的MMR波不明显。高延等[2]对56例足月儿进行听觉ERP研究，显示在偏离刺激下产生的MMR主要分布于额区。Agnese等[11]研究也证实了上述发现。以上研究均说明额区参与了大脑皮质对声音的分辨加工过程。

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(本文编辑：张萍)

Preliminary study of event-related potential under the exposure of angry and fearful emotion vocal in neonates

SUNGuo-yu，HOUXin-lin，ZHOUCong-le，ZHOUYan-xia
(PekingUniversityFirstHospital,Beijing100034,China)

HOU Xin-lin，E-mail:houxinlin66@sina.com

ObjectiveTo study whether the neonates can distinguish different kinds of emotional (angry and fearful) vocal，utilizing the method of event-related potential (ERP).MethodsNeonates born in the first 7 days were selected and tested during sleep. The oddball paradigm was used to distribute the fearful (the frequency of occurrence was 80%) and angry(the frequency of occurrence was 20%) vocal (“dada”). The electroencephalogram was recorded at frontocentral area of cerebrum (FC3/FC4) and centroparietal area (CP3/CP4) in accordance with the method of electrode placement of international standard 10-20 system. Meanwhile, the amplitude-integrated electroencephalography (aEEG) technique was used to monitor the sleep cycle. Finally，the influence of mood/sleep cycle/electrode position on the ERP amplitude, the latency and amplitude of mismatch response (MMR) peak were analyzed.ResultsA total of 31 cases of neonates with normal neurological outcome at 6 months were examined (16 boys and 15 girls). The ERP emerged at different electrode locations during different sleep cycle, after angry and fearful vocal stimuli in the 31 cases. The MMR wave was observed in active sleep(AS) state at FC3/FC4, after 300 to 500 ms of the different emotional stimulations. And the amplitude of MMR for (1.64±0.55) μV FC3, (2.70±0.62)μV for FC4 (η2≥0.14,P<0.01). There was no obviously different response during quiet sleep (QS) period or at CP3/CP4.ConclusionThe neonates could distinguish different kinds of emotional vocal at their frontocentral cortex in AS state, while couldn′t in QS state. It implies that the cerebral cortex of term newborns may exist the ability to distinguish different kinds of emotional vocal.

Neonatal infant； Emotion； Event-related potential

国家自然科学基金项目：31300867

北京大学第一医院 北京,100034

侯新琳，E-mail:houxinlin66@sina.com

10.3969/j.issn.1673-5501.2015.02.003

2015-01-15

2015-03-23)