基于Go/NoGo任务的青年吸烟者抑制控制能力的事件相关电位研究

刘畅，董芳，王宪福，谢东东，程永欣，崔永婷，田时雨，喻大华

内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010

前言

吸烟是世界范围内致人死亡最主要的原因之一。全世界每年有近600 万人死于吸烟［1］。2012年《中国吸烟危害健康报告》指出，中国大约有3亿人吸烟，其中包括1 400万青年吸烟者，并且每年有100多万人死于与吸烟有关的疾病。一项调查曾指出18到25 周岁青年人的吸烟率高于其他任何年龄组，为此研究18 到25 周岁青年人的吸烟成瘾问题刻不容缓［2］。大量的研究表明，香烟中的尼古丁会影响青春期的大脑成熟和神经系统发育［3］。在脑电研究中，本研究团队发现青年吸烟成瘾者大脑静息态下脑电信号alpha 波增加与delta 波减少［4］。在事件相关电位（Event-Related Potential,ERP）研究中进一步发现，青年吸烟者在Flanker任务下存在错误监控能力方面的障碍，具体表现为任务表现pe 波幅的降低和反应时间的增加［5］。人类的抑制控制能力与神经系统发育密切相关，吸烟者的抑制控制能力受损意味着吸烟者不能抑制他们对吸烟的渴望，因此不能戒烟。青年人抑制控制能力的降低可能会使青年人更容易吸烟，并且将来很难戒烟［6］。本研究基于Go/NoGo任务范式，利用ERP技术研究18到25周岁青年吸烟者抑制控制的大脑神经机制，为了解青年吸烟者吸烟成瘾的神经机制提供新的见解。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本次实验被试均是内蒙古科技大学的学生。根据DSM-V中的尼古丁依赖性的诊断标准筛选青年吸烟者，根据尼古丁依赖测试量表（Fagerström Test for Nicotine Dependence,FTND）评估青年吸烟者的尼古丁依赖程度。本研究中青年男性吸烟者的选择标准如下：（1）在过去的6个月，每天抽烟数量超过10支；（2）符合当前尼古丁依赖DSM-V 标准；（3）在过去一年里从来没有戒烟行为；（4）被试惯用右手，由爱丁堡利手量表测量［7］；（5）无临床评估和医疗记录评估的身体疾病以及神经、精神疾病，没有酗酒或滥用药物史。DSM-V标准如下：（1）吸烟时获得的满足感不断减弱，因此需要多抽几支烟才能达到相同的效果；（2）戒烟时会伴随有头疼、焦虑、疲倦等症状；（3）尽管尝试过不吸烟甚至少吸烟，但是还是渴望吸烟；（4）个人的大部分时间都用于吸烟或者买烟上；（5）个人的社交与工作因为吸烟行为而被影响；（6）虽然知晓吸烟有害健康，但是还是忍不住吸烟。如果被试在上述的6个标准上有3个或者3个以上的回答都是“是”的话，就会被认为是符合尼古丁依赖DSM-V标准的青少年吸烟成瘾者。FTND评估标准如表1所示，如果FTND＞6，则吸烟者被认为是重度尼古丁依赖患者［8］。同时，选取年龄、性别、受教育年限等与青年吸烟者相符的不吸烟者30 名。被试资料如表2所示。

1.2 排除标准

参与者符合以下任意一条排除标准的均予以排除：（1）临床诊断评估医疗记录包括脑肿瘤、阻塞性肺疾病、肝炎或癫痫；（2）服用精神类药物；（3）长期酗酒或滥用药品；（4）患有脑部疾病且有手术史；（5）患有抑郁症与多动症。

表1 尼古丁依赖量检测表Tab.1 Fagerström test for nicotine dependence(FTND)

表2 被试人口统计学数据Tab.2 Demographic data of subjects

1.3 道德声明

本研究程序经内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院医学伦理委员会批准，按照《赫尔辛基宣言》执行。所有参与者及其法定监护人在了解本研究目的后均签署知情同意书。

1.4 数据采集

良好的实验环境可以使被试最大限度地不被外界因素所影响，从而更加准确地收集被试在任务状态下的脑电数据，因此ERP 实验环境是一个室温正常、安静、密闭、舒适、隔音、避光的实验室［9］。使用BrainAmp MR plus（Brain Products GmbH.Munich.,Germany）设备收集脑电波数据，本实验采用的电极帽为德国Brain Products公司的64导电极帽。

本实验中，Go/NoGo任务分为4个部分，4个白色字母（A、B、C、D）会随机出现在屏幕中央，屏幕背景为黑色，字母依次出现为一个刺激，每个部分由159个刺激组成，每个部分结束后有60 s的休息时间。字母在屏幕中央持续时间为600 ms，字母之后是持续300 ms的白色十字。要求参与者对出现的字母做出反应（Go刺激），用食指按键（本实验按J键），但对重复出现字母不按键（NoGo 刺激），如图1所示。将74次NoGo 刺激随机插入到4 个部分中，且NoGo 刺激从未持续出现。由于每个刺激持续的时间很短，因此每个被试都会对出现的NoGo 刺激做出错误的按键。被试在做出正确的NoGo 刺激反应之后200 ms左右会记录一个增强的负波N200，在300 ms 左右会记录一个波幅增强的正波P300。其中，N200 被认为与抑制过程早期的冲突检测有关，而P300 被认为与实际抑制过程有关。

图1 Go/NoGo任务中的NoGo刺激Fig.1 NoGo stimulation in Go/NoGo task

1.5 数据处理

使用Brain recorder Analyzer 软件和64 导电极帽收集被试的脑电数据。本实验的脑电数据使用Brain Vision Analyzer 2（Brain Products GmbH）软件进行数据预处理。设置采样频率为256 Hz；设置参考电极为TP9、TP10；滤波参数设置为0.15和30.00 Hz；去伪迹，伪迹成分必须小于20%才可以进行接下来的处理；之后运用独立成分分析去除眼电与肌电；分段：刺激开始前200 ms到刺激后800 ms；基线校正为刺激前200 ms；最后标记ERP成分并导出数据，其中N200 是在刺激发生后150～250 ms 时发生的负波，而P300 是在发生刺激后的250～350 ms 时发生的正波。本研究采用Pz电极点。

1.6 统计学分析

本实验采用SPSS 软件对ERP 和行为学数据进行分析。使用独立样本t检验的分析方法分析吸烟者与不吸烟者的差异情况，使用Pearson 相关分析方法统计ERP数据与行为学数据之间或被试信息之间相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组被试NoGo错误数比较

对青年吸烟者和青年不吸烟者的NoGo 错误数进行独立样本t检验分析，结果显示青年吸烟者的NoGo错误数对比青年不吸烟者显著增加（33.93±10.55vs22.23±10.51；t=4.316,P=0.000）。详见图2。

图2 青年吸烟者和青年不吸烟者的NoGo错误数Fig.2 Number of NoGo errors in adolescent smokers and adolescent non-smokers

2.2 两组被试ERP波幅比较

本研究采集ERP 数据的电极点为Pz 电极，比较青年吸烟者与青年不吸烟者的P300 波幅和N200 波幅，结果发现青年吸烟者的P300 波幅显著低于青年不吸烟者（t=-2.357,P=0.023），详见图3。两组青少年的N200波幅没有发现显著差异（t=-0.904,P=0.375）。其中纵轴为波幅，单位为μV；横轴为潜伏期，单位为ms。图中蓝色区域为波幅具有显著差异的区域。

2.3 青年吸烟者ERP 波幅和NoGo 错误数的相关性分析

青年吸烟者P300 波幅和NoGo 错误数显著相关（r=0.37,P=0.044），详见图4。青年吸烟者N200波幅与NoGo错误数没有存在显著相关关系（r=0.49,P=0.434）。

3 讨论

图3 青年吸烟者和青年不吸烟者的P300波幅Fig.3 P300 amplitude of adolescent smokers and adolescent nonsmokers

图4 青年吸烟者P300波幅与NoGo错误数的显著相关性Fig.4 Significant correlation between P300 amplitude and NoGo errors in adolescent smokers

青年吸烟者可能会成为终生吸烟者，并且在未来很难戒烟。青年吸烟者戒烟失败很可能与他们的抑制控制能力有关［10］。抑制控制能力的减弱可能使他们无法控制吸烟的欲望。ERP 能够准确地检测不同事件下脑诱发电位的变化，同时具有较高的时间分辨率［11-12］。因此研究人员在Go/NoGo 任务中使用ERP 技术对人类抑制控制的大脑机制进行了广泛的研究。在Go/NoGo任务中，参与者对“NoGo”刺激反应越多，他们的抑动性认知控制缺陷就越严重。在Go/NoGo任务中，两种主要的ERP成分N200和P300被证明与吸烟者的抑制控制能力有关［13］。其中，P300 为刺激发生后300 ms 左右的正波，与实际抑制过程有关［9］；N200是刺激发生后约200 ms的负波，与抑制过程早期的冲突检测有关［14］。基于之前有研究人员发现成年吸烟者在Go/NoGo任务中表现出降低的P300波幅［15］。本研究利用ERP技术，通过Go/NoGo任务来探究青年吸烟者抑制控制能力是否存在缺陷，这些变化可能会提高我们对青年吸烟者吸烟成瘾方面的理解。

本研究发现，青年吸烟者相对于不吸烟者在抑制控制能力方面具有缺陷，具体表现为青年吸烟者的NoGo 反应错误数相比不吸烟者显著增高。而且ERP 研究显示，青年吸烟者的P300 波幅相对于不吸烟者显著降低。相关分析显示，青年吸烟者的P300波幅与NoGo 错误数有显著相关性。这些结果与之前的一项研究相似，研究发现18 名青年吸烟者的P300波幅降低，NoGo错误数明显增加［16］。除了这些结果，在对青年网瘾者的研究中同样发现P300 振幅的降低，并且青年网瘾者Go/NoGo 任务的行为抑制程度较低［17］。此外，随着抑制程度的增加，P300幅值增加被普遍认为是反映抑制控制过程的指标。过去的研究发现前扣带回和前额叶皮质是P300产生的主要区域，而这些区域是Go/NoGo 任务中与抑制控制相关的核心区域［18］。上述结果表明，青年吸烟者P300波幅的降低与青年吸烟者抑制控制能力缺陷有关，这为证实青年吸烟者的抑制控制能力具有缺陷提供了电生理学方面的证据。通过本研究，可进一步了解了吸烟成瘾在青年吸烟者抑制控制能力方面造成的影响。本研究不仅仅在青年吸烟者吸烟成瘾领域具有一定的参考价值，而且为从事治疗吸烟成瘾的医疗人员和心理咨询师帮助提供了有效帮助［19-20］。

N200代表反应抑制或冲突监测过程［21］。在本研究中，青年吸烟者的N200 波幅相对于青年不吸烟者没有明显差异，这可能是由于被试性别仅有男性或者样本数量不足造成的，在未来的实验中，将使用足够数量的样本，并且增加女性青年吸烟者，调查性别对青年吸烟者吸烟成瘾的影响。