基于小波算法的脑电客观记忆加工指数用于评估儿童言语障碍的可行性研究

李绚

摘要：目的：评价脑电客观记忆加工指数（Working Memory Function Index，WMFi）用于评估儿童言语障碍（speech disorders，SD）的可行性。方法：随机选取广东省中医院2016年6月份确诊的言语障碍儿童58例，其中58例言语障碍儿童为实验组（n=58，平均年龄为5.7±2.0），正常脑体检儿童（n=58例，平均年龄为6.3±1.9）为对照组。使用多功能组合式监护仪HXD-Ⅰ进行6分钟脑功能状态定量测量，通过脑电算法获得脑电客观记忆加工指数。结果：言语障碍儿童的脑电客观记忆加工WMFi明显低于对照组儿童（P<0.001）。结论：脑电WMFi能够有效快捷地评估言语障碍儿童的记忆加工能力，有进一步推广的价值。

关键词：言语障碍儿童；脑电波；小波算法；记忆加工

中图分类号：R332.8文献标识码：A

1 背景

儿童言语障碍（speech disorder）是指多种原因导致的儿童语言理解力、口头表达力明显落后于同年龄段儿童应达到的标准 [1]。研究表明，学龄前儿童出现言语障碍的比例较高，约有7%～10%的儿童发育迟缓，约有3%～6%的儿童有言语感受或表达障碍，男女之比为3：1到15：1，其中男性较多[2-3]。言语障碍一般伴随着发音障碍（articulation disorders）、智力發育迟缓（mental retarded）、行为障碍（behavioral disorders）等。听觉记忆能力和听觉辨别能力对发音的准确性至关重要 [2]。

有结果表明记忆力、信息处理能力、认知能力等多种脑机能都与α波密切相关[4]。记忆过程中颞叶海马系统和前额叶起重要作用，海马负责将长时记忆的信息传送到前额叶，其中以右前额叶为主的双侧前额叶参与记忆的提取过程[5]。目前儿童言语障碍的诊断主要是标准化语言评估和脑电成像技术。《早期语言发育进程量表》和《中文早期语言与沟通发展量表》是目前国内较完善的针对3岁儿童的语言评估量表。与此同时需要结合临床综合评估，包括认知、听力、行为、口腔等。研究表明言语障碍儿童与正常儿童相比更常见双侧额颞叶萎缩。这也为言语障碍儿童的记忆加工能力差于正常儿童提供了理论基础。脑电图一般需要要专业的脑电图医师判别，每位脑电图专科医师的判别由于受到伪迹的干扰也不尽相同。由于脑电图不能用客观定量的数字实时评估言语障碍儿童的记忆加工能力，所以使用客观定量的数值实时、持续性展示言语障碍儿童的记忆加工能力很有必要。

脑电是一种生物电信号，具有低信噪比、非平稳性的特点。目前的脑电波算法包括专家系统法、非线性动力学法、人工神经网络法、傅里叶变换分析法和小波算法等。其中小波算法是世界公认的分析脑电波的最优算法，对于医学领域的绝大多数的非稳定信号，尤其是脑电信号，小波分析比傅立叶变换更适用。它是一种时-频域的分析方法，能够将时域的一维信号转换为时间-振幅-频率的三维空间。具体算法可简单概括为：首先选定小波基函数，然后使用小波算法中的二进算法及波形重构算法进行小波基变换，从而处理特定的脑电波数据向量。

脑电客观记忆加工指数（Working Memory Function Index，WMFi）是新近由我国科研人员研发的脑电记忆加工能力客观定量评定指标，其原理是通过电极采集人前额部的左右脑两导脑电波信号，并进一步从脑电波中提取记忆加工成分，将全频段的脑电波中与记忆力相关的数据采用小波算法进行变换，最终计算出WMFi值（范围0～50），以客观反映受试者记忆加工能力。本研究拟通过脑电WMFi指数探讨言语障碍儿童与正常儿童记忆加工能力的差异性，为言语障碍儿童记忆加工的诊治和提升提供帮助。

2方法

2.1 研究对象

入选2016年6月份在广东省中医院就诊的58例言语障碍儿童以及正常脑健康体检的儿童，进行脑功能状态定量测量。研究为双盲试验，所有测试由2名经过心理测量专业培训的心理治疗师完成，并在试验正式开展之前与受试儿童及其家长签署知情同意书。就诊年龄范围3-13岁，平均年龄为5.7±2.0。不同年龄段构成比：3岁2例（3.5%）、4岁19例（32.8%）、5岁10例（17.2%）、6岁13例（22.4%）、7-10岁12例（20.6%）、11-13岁2例（3.4%）。男性有43例（74.1%例），女性有15例（25.9%）。学龄前（≤6岁）44例（75.9%）、6岁以后14例（14.1%）。

2.1.1入选标准：

（1）年龄3～13岁；（2）存在咬字不清、表达能力差和记忆力差等问题的儿童，初诊临床诊断标准为：构音异常、吐字不清、情绪不稳定、智力发育迟缓；症状持续半年以上，无躯体疾病的儿童；（3）正常儿童：选择年龄、性别匹配的健康儿童，经询问家长及儿童本人不存在表达不清、构音异常等情况；（4）所有儿童家长自愿接受本试验并签署知情同意书。

2.12排除标准：

（1）合并有中枢神经系统疾病，例如癫痫、脑外伤、抽动症病史；（2） 合并患有精神障碍、精神发育迟缓；（3）有长期服用精神类药物史；（4）受试儿童无法配合完成试验。

2.2 脑电测量方法

工作人员首先用酒精清洁受试儿童前额及耳后乳突的皮肤，使用HXD-I多功能组合式监护仪（黑龙江华翔科技开发有限公司）的脑电采集软件包（北京易飞华通科技开发有限公司），将电极分别放置于前额双眉中心点上方2cm（FZ）、双侧眉弓上方（左侧FP1，右侧FP2）、双侧乳突位放置参考电极（左侧C1，右侧C2），在儿童静息2分钟后开始进行脑电监测，连续记录其6分钟的脑电数据。

2.3 统计方法

使用SPSS 20.0统计软件进行统计分析。呈正态分布的计量资料以均数±标准差（X±SD）表示，组间比较采用两独立样本均数的t检验，多组间比较采用单因素方差分析；呈偏态分布的计量资料以中位数（四分位间距）表示，组间比较采用两独立样本比较的秩和检验；计数资料采用百分数形式表示，组间比较采用χ2检验。以P<0.05作为显著性检验的标准。

3结果

3.1 一般资料

最终成功测量合格样本116例，其中包括言语障碍儿童和正常儿童各58例。两组在年龄、性别等基线资料不存在显著性差异（P>0.05）。

3.2言语障碍儿童和对照儿童的脑电客观记忆加工指数WMFi的分布存在显著差异

言语障碍组的脑电客观记忆加工指数WMFi（0.83±0.22）显著（P<0.001）低于對照组（2.95±0.57，图1）。

4讨论

在普通心理学中，记忆是通过识记、保持、再现（再认、回忆）等方式，在人们的头脑中累积和保存个体经验的心理过程。它包括信息的编码、储存和提取三个环节。最常见的言语障碍是功能性发音障碍（functional articulation disorder，FAD），即听力正常，但出现发音错误，并且呈固定状态。听觉信息处理障碍可能导致FAD，很大程度上是由于听觉记忆的缺失[2]。言语障碍儿童多伴有智力发育迟缓、行为障碍、学习障碍，常伴有脑萎缩等大脑发育问题，使得他们的记忆加工能力明显劣于正常儿童。

早期适宜的言语康复训练对促进言语障碍儿童的语言发育非常重要。研究表明，儿童语言发育的关键时期为2岁～3岁，临床矫治的最佳年龄为5岁以下。本文中，5岁以上的儿童有27例，占总数的46.5%，说明很多言语障碍儿童没有及时就医，这对他们今后的学习、社会能力等造成很大的影响。

目前对言语障碍的诊断主要以量表和脑电图为主。量表包括听力测试、智力测试等。目前量表在引进过程中可能存在译者选择标准模糊、语言文化差异、缺乏统一的翻译指南等问题，造成量表不具有客观评价性。由于对于脑电图的评判无法避免个体差异，脑电波频谱功率的成分难于达到量值上的统一；此外，各成分波在脑电图中的表达也不具备连续性，线性度也不理想，对于脑功能状态的分辨率极低；与此同时因为功率谱数学算法对于非周期信号处理具有窗口效应，造成数值间没有可比性，不具备人群应用的共性，难以达到群体性应用。小波转换算法基本方法是选择满足时域积分为零的函数作为基本小波（小波基），通过将基本小波的缩放、平移来生成函数族，该函数族构成了一个函数空间的框架，把待分析信号向这个框架上投影进行分解。一些在原时间域上因混迭而不易观察的信号特征可能会在变换域的某个尺度上显著体现出来，从而达到最有效的信号处理目的。本研究通过脑电小波算法，采集儿童6分钟内的脑电数据，提取脑电数据中与记忆加工相关的成分，计算得出脑电客观记忆加工指数WMFi（范围0～50）。本研究发现言语障碍组的脑电客观记忆加工指数WMFi显著低于对照组。可应用WMFi客观评估并采取措施提高言语障碍儿童的记忆加工能力。

综上所述，WMFi可用于评估言语障碍儿童的记忆加工能力，作为客观定量指标有进一步应用的价值。为及早制定干预措施，改善言语障碍儿童的记忆加工能力，减少言语障碍的短期及长期不良影响具有重要意义。

参考文献：

[1]徐志兵.150例语言发育迟缓儿童的智能发育分析[J].中国当代医药，2014，21（16）：183-184.

[2]于萍.儿童言语和语言障碍的研究现状[J].中国耳科学杂志，2013，11（3）：409-410.

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

[4]王浩.基于小波变换的脑电图α波持续性的研究[D].大连交通大学硕士学位论文，2009年.

[5]陈雪丽.认知功能评定与脑电非线性分析研究[D].军医进修学院硕士学位论文，2006年.