失匹配负波研究的主要争论与动向

失匹配负波研究的主要争论与动向

B842：A1006-6020(2010)-00-0369-08失匹配负波(mismatchnegativity，MMN)是Ntnen等最先提出的一种内源性事件相关电位(event-relatedpotential,ERP)，出现在刺激后100-250ms。尽管一提出，许多研究就对其应用价值给予了高度关注(Escera，2007)，但限于早期研究范式多为单一的Oddball范式，且以单一脑电检测技术为主，导致对其性质及加工仍存诸多疑惑，如MMN究竟反映的是完全自动加工还是部分自动加工等。随着近年多特征选择性MMN范式(multi-featureparadigm)的产生，以及高时间精度脑电技术和高空间精度脑成像技术的结合(Thnnessen,Zvyagintsev,Harke,Boers,Dammers,Norra,etal.,2008)，MMN的研究涌现出许多新动向。现在的研究不仅对以往的争论提供了较明确的解释，而且还引发了许多新观点。本文就此对近年来有关失匹配负波的研究进行简要分析和总结，并重新审视了失匹配负波以往的若干争论，力图在此基础上阐明其性质和加工，也期望对此基础研究的加强有所促进。1MMN简介失匹配负波是小概率的偏差刺激所获得的ERP减去大概率标准刺激所得ERP的差异负波，它是Ntnen用Oddball范式进行P300的研究中所获得的一种内源性事件相关电位负成分(Ntnen，Jacobsen，Winkler，2005)。所谓Oddball范式是指获得经典P300的一种范式，其要点是将由两种刺激组成的同一感觉通路的一系列刺激随机呈现，但这两种刺激出现概率不同，一种出现概率很大(85％)，称标准刺激；另一种出现概率很小(15％)，称偏差刺激。这两种刺激随机出现在呈现系列中，要求被试发现偏差刺激后尽快按键或记忆其数目，即偏差刺激作为靶刺激。由于偏差刺激呈现具有偶然性，所以很易在偏差刺激呈现300ms左右观察到一个正波。该波在Pz附近最高，即P300(魏景汉，罗跃嘉，2002)，与此相似，失匹配负波则是该范式下100-250ms观测到的一个负向偏移。后来研究者进一步将Oddball范式划分成主动和被动两种模式。主动模式指在刺激系列中重复出现的大概率(标准刺激、非靶刺激)中随机插入刺激参数不同的小概率(偏差刺激、靶刺激)，让被试辨认偏差刺激；而被动模式是让被试不注意所有刺激信号。结果发现，不论是哪种模式，小概率事件都可产生一个MMN，大概率则不诱发MMN。不过，新近研究发现即使不是Oddball范式也可产生MMN。总之，以往研究多倾向于关注MMN应用价值(罗跃嘉，魏景汉，1996)，这些研究显示MMN可广泛应用于精神分裂症、阿茨海默氏综合症、诵读困难和发展性口吃等多种临床病症的鉴别、诊断和治疗。2传统MMN争论的新解释2.1MMN反映的是完全自动加工还是部分自动加工？Ntnen一提出失匹配负波(MMN)，就根据其相关研究总结失匹配负波反映的是自动化的加工，不受注意影响，且该观点还得到了随后众多研究的支持。这些研究发现，在双耳分听条件下，相关输入和无关输入中的偏差刺激均引起了相似的MMN。同时还有研究发现，被试从事阅读任务时，听觉通道是非注意通道，但听觉通道依然会出现MMN，且当被试从事比阅读更需要注意资源的任务时，听觉偏差刺激仍然可诱发MMN。这也就是说，在注意资源贫乏或无注意资源条件下被试均能被偏差刺激诱发MMN(傅世敏，魏景汉，1996a；Ntnenetal，2005)。傅世敏和魏景汉(1996b)也赞同这种观点，他们在研究中设置了800Hz短纯音的标准刺激和1000Hz短纯音的偏差刺激，前者出现概率为85％，后者出现概率为15％，然后让被试在完成视觉任务的同时监测听觉刺激，并按要求做出特定的按键反应。结果发现，在注意与非注意听觉条件下，听觉偏离刺激均诱发出失匹配负波；注意听觉刺激时140-180ms的偏离相关负波与非注意时该时程负波的平均波幅之间无显著差异，而注意时180-220ms的偏离相关负波的平均波幅大于非注意时同一时程的负波；非注意听觉时失匹配负波的平均波幅和峰潜伏期不受视觉任务难度的影响，这些表明失匹配负波确实反映的是完全的自动加工。但也有研究者并不认同MMN反映完全自动加工的观点，其中最典型的就是Woldorff。他们认为Ntnen实验中刺激呈现过慢，被试有机会借助刺激间隙将注意转换到非注意通路，从而导致非注意不纯，引起注意与非注意差异不明显。若增加非注意纯度则应显出注意ERP与非注意ERP的差异。为此他提高刺激呈现速度以保障注意与非注意的高纯度，结果发现高度注意时的MMN果然大于非注意时的MMN(Woldorff,Hackley,Hillyard，1991)。针对此，他们认为MMN尽管反映的是自动加工，但由于其受注意影响，因此MMN不能反映完全自动加工，只能反映部分自动加工。但Ntnen认为这还不足以说明MMN不是反映完全的自动加工(Ntnen，Paavilainen,Rinne,Alho,2007)，他随后在验证中发现Woldorff等实验中的MMN混有N2b成分，而该成分是与注意密切相关的一个负成分，从而导致MMN是否受注意影响仍无定论。随后其他研究者对MMN是否反映自动加工及反映的是强自动性还是部分自动加工进行了大量研究(Garrido,Friston,Kiebel,Stephan,Baldeweg,Kilner,2008;Garrido,Marta,James,Kilner,Klaas,Stephan,etal.,2009;Wei,Chan,Luo,2002)，但这些研究大多支持MMN反映部分自动加工。也有研究发现听觉MMN波幅不受注意影响，MMN的小波幅可反映完全自动加工，但MMN的潜伏期可反映控制加工(罗跃嘉，魏景汉，1998)，进而提出了MMN潜伏期和波幅两指标分别反映不同加工性质的观点。此外，由于以往采样多是正常被试，很难保证实验中非注意条件下无注意参与。于是许多研究者开始将这种以健康被试为样本的实验转向具有注意缺陷的被试和正常被试对照的研究，以保证非注意条件的纯净性。近期，以阅读障碍、注意缺陷和兼具阅读障碍与注意缺陷的患者及正常人为被试的研究发现(Huttunen-Scott，Kaartinen,Tolvanen,Lyytinen,2008)，注意缺陷患者也产生了MMN，且其波幅与正常被试无显著差异，但注意缺陷被试的MMN潜伏期明显短于正常被试，支持罗跃嘉(1998)的结论，即MMN的波幅反映的是无需注意的自动加工，而MMN的潜伏期反应的是需注意参与的控制加工。同时，以注意功能障碍患者进行的研究也得到了类似结果，研究发现注意缺陷患者的注意缺陷量表得分与MMN潜伏期成正相关，而与MMN波幅成负相关(Sawada,Negoro,Iida,Kishimoto,2008)。综上可得，并不能简单认为MMN是反映完全自动加工还是部分自动加工，同时也不能认为其争论是强自动性与部分自动性的争论。其实，MMN是既可反映自动加工，又能反映控制加工的。只是其不同指标反映加工的不同性质，MMN波幅可作为不受注意调节的自动加工的重要指标，而潜伏期则可作为受注意调节的控制加工的重要指标。2.2MMN是否存有听觉通道特异性？由于Oddball范式早期多用作听觉通道研究，且MMN最早也是在听觉通道发现的，因此导致许多研究者将MMN视为一种音响脑电差异波，认为MMN是听觉通道特异的(Ntnenetal.,2007)。然而，近年许多研究对此质疑，认为即使MMN的听觉通道特异性是由视、听通道的加工特点决定的，但听觉通道除了产生MMN所必需的串行加工外，还存在视觉通道为主的并行加工，反之，视觉通道也存在部分产生MMN的串行加工，故而视觉通道也应存在视觉MMN(Ntnenetal.，2007)。Pazo-Alvarez等则更具体地指出，除了变化知盲(changeblindness)、注意跳出(pop-out)以及分割纹理的视觉搜索(visualsearchistexturesegmentation)外，都应有类似听觉通道的视觉MMN(Pazo-Alvarez,Cadaveira,2003)。这种理论上的质疑得到了近期实证研究的支持。许多实验研究发现视通道确实也能检测到MMN。Maekawa等发现圆形黑白间隔的风车类视觉刺激可检测到视觉MMN，不过所得MMN是双峰，早期峰在150-200ms左右，定位于顶-枕区；而晚期峰200-300ms左右，定位于后颞叶(Maekawa,Goto,Kinukawa,Taniwaki,Kanba,Tobimatsu,2005)。Urban等(Urban,Kremláek,Masopust,Libiger,2008)、Tales等(Tales,Haworth,Wilcock,Newton,Butler,2008；Tales,Butler，2006)设计一种视觉MMN任务分别对精神分裂症和阿茨海默氏综合症患者进行研究，也检测到了视觉MMN(vMMN)，但前者检测到的是在100-200ms的单峰MMN，而后者两次检测到的均是双峰MMN，潜伏期分别在140-250ms和250-400ms左右。Czigler等对重复视觉刺激的研究也检测到了潜伏期分别为100-140ms和220-260ms的双峰MMN波。尽管这些研究所得视觉MMN不一致，但却都表明确实存在视觉MMN。至于为什么各研究中所得MMN的波峰和脑电时程不一致，研究者认为可能与研究中MMN视觉刺激的呈现间隔SOA有关，即其受刺激间间隔(ISI或SOA)影响明显。Astikainen等通过设置一个控制-偏差条件(control-deviant)和传统oddball范式的两条件对MMN的刺激间隔效应进行了探讨。实验中他们检测到了顶叶、枕叶和额叶三个脑区的MMN，但额叶的MMN不明显，而顶叶也缺乏记忆特异性，只有枕叶的视觉MMN非常清晰。该MMN不随视觉属性(颜色、运动方向、方位等)变化而变化，同听觉MMN极相似，不仅两者的极性和潜伏期相同，而且两者的头皮定位也相同，均定位在相应通道的初级感觉皮层。另外该研究还发现视觉MMN如同听觉MMN一样，超过感觉记忆的持续时间就会消失，即视觉MMN的ISI超过1000ms(视感觉记忆持续时间约为1s)就会消失，如同听觉MMN的ISI超过4000ms(听觉感觉记忆持续时间约为4s)就会消失一样(Astikainen,Lillstrang,Ruusuvirta,2008)。该结果得到了随后研究的支持(Maekawa,Tobimatsu,Ogata,Onitsuka,Kanba,2009)，新近Herholz等所得意象MMN(imagerymismatchnegativity)的结果也都支持MMN并非听觉通道特异的，其他通道也存在MMN(Herholz,Lappe,Knief,Pantev,2009)。同时还表明视觉MMN与听觉MMN类似，产生机制均与感觉记忆的持续时间密切相关，但与听觉MMN的差异及更深层的机制还有待探讨。3MMN研究的新动向3.1MMN与ERN是否是相同的加工过程一直以来由于MMN研究相对较多，ERN的研究相对较少，人们对MMN与ERN(错误相关负波，errorrelatednegativity)的关系认识不是很清楚。尽管目前尚无研究明确指出MMN与ERN是相似或相同的加工过程，但是许多研究对ERN产生机制进行解释多偏向失匹配加工的解释，具体的有如：表征失匹配理论(mismatchtheory)或错误检测理论(errordetectiontheory)。表征失匹配理论认为前扣带回(anteriorcingulatecortex，ACC)主要通过对应该的、正确的反应和实际的表征进行比较，当其检测到反应与实际表征不匹配时就产生了ERN，且不匹配程度越大，ERN波幅越大。换言之，当反应表征不匹配程度最大时就会引起最大的ERN，此已得到许多实验研究支持(刘春雷，张庆林，2009)。而这与MMN理论中的记忆痕迹说和感觉疲劳说这类观点极为一致。记忆痕迹说和感觉疲劳说这类MMN的理论解释也都普遍认为MMN是由于当前的事件与感觉记忆中的痕迹不匹配引发的。同时，研究也发现MMN是随标准刺激和偏差刺激差异的增大而增大的，这似乎表明MMN与ERN反映相同的加工过程。此外，ERN的预期违反假说(expectancy-deviationhypothesis)与MMN的预编码(predictivecodinghypothesis)解释也极其相似。ERN的预期违反假说认为ERN或反馈相关负波FRN(feedbackrelatednegativity)是由预期违反引起的(Oliveira，McDonald，Goodman，2007)，而预编码主张MMN是自下而上的输入(即外界输入)的预测失败及随后对预测错误的抑制所导致的。比较这两种理论解释，不难发现二者基本都认同ERN或MMN是自上而下的预加工和自下而上的输入加工的差异导致的。此即表明MMN与ERN确实可能反映的是相同的加工机制。但由于目前少有研究将ERN与MMN置于同一研究中进行讨论，对其是否属于同一种加工机制，有待进一步验证。同时，这也提示今后研究可对两者进行比较分析。3.2MMN能否反映社会认知加工Kawakubo和Kasai(2006)首先在其研究基础上提出了MMN不仅反映“冷”认知加工，还可反映“热”的社会认知加工的观点。他们对23名精神分裂症患者和28名正常被试进行了ERP研究，发现个体语言相关的MMN与精神分裂症患者的言语交流问题特性有密切联系，而不仅仅是与精神分裂症患者的一般认知能力有关。这表明，MMN可能不仅仅反映的是纯粹的“冷”认知加工，还可能反映个体社会功能或社会认知加工。Zhao等采用不同情绪面孔刺激的实验(Zhao，Li，2006)，验证了这种MMN受情绪或动机影响，反映社会认知加工的结论。他在研究中发现不同情绪面孔引起的MMN时程不一样，悲伤面孔引起的MMN时程略慢于愉快面孔所引起MMN的时程，且悲伤面孔的MMN持续时间也大于愉快面孔引起的MMN。而从生物进化意义上来说，悲伤情绪源自个体的负性事件，是个体力图回避的，与积极情绪相比，具有更强的生物进化意义，从而导致个体在观察到悲伤情绪面孔刺激时引发更强、时程更长的MMN。Schirmer则直接检测到了焦虑情绪的MMN(Schirmer,Escofier,2010)，这表明MMN确实能在一定程度上反映与情绪有关的社会认知加工。关于错误相关负波和反馈负波的研究也侧面支持MMN可能反映社会功能和社会认知加工的结论。因为错误相关负波或反馈负波与MMN在脑电的事件时程上极接近，基本都在150-250ms内。也就是说它们时程结构上的相似性可能导致功能上的某些相似(Horvath,Winkler,Bendixen,2008)。而Yu等在一个赌博任务中同时记录被试自己行为结果的反馈和他人结果反馈脑电，结果发现两种情况下都获得了反馈相关负波或类反馈相关负波(Yu，Luo,Ye,Zhou,2007)，李鹏和李红(2008)认为这表明反馈负波反映了社会情绪加工。若如此，由于MMN与其时程极近，那么MMN有可能也不仅仅是反映纯粹的知觉加工和前知觉加工(preattentiveprocessing)，可能也受到个体情绪和动机，乃至社会经验的影响。Herholz等(2009)就发现在无直接的外界刺激输入情况下，音乐家听到不正确曲调会产生意象MMN，但非音乐家却不会。研究者认为此即表明MMN并不有赖于感觉记忆痕迹，而是依赖于以往音乐经验。综上可知，MMN可能并非仅仅反映的是单纯认知的加工，还可能反映社会功能和社会认知加工，但这有待今后的进一步验证。4总结与展望尽管MMN是一种较早发现的与心理活动密切相关的自动负波成分，且其所具自动性和早期性等特点被广泛应用于临床，但对其理论机制的探讨则主要是近几年才开始的，从而导致对MMN的理解仍存诸多疑问，今后可从以下几方面开展研究。第一，注重MMN研究中高时间精度脑电技术和高空