《The Journal of Physiology》:Distinctive neurophysiological correlates of sound onset and offset perception in humans
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本文通过两项脑电图(EEG)研究,系统比较了声音起始(onset)与终止(offset)事件相关电位(ERP)的形态学和任务依赖性差异。研究发现,终止ERP的振幅仅为起始ERP的1/3至1/2,且缺乏P50成分,其N100波形呈现双峰特征;行为任务主要增强终止ERP的早期成分(P100/N100)及所有间隔结束标记事件的晚期活动(P200后成分)。这些发现揭示了听觉时间加工中起始与终止处理机制的分离,为理解言语感知障碍的神经基础提供了新视角。
引言
准确检测声音的快速时间波动对言语感知至关重要,尤其是噪声环境下的语音识别。声音起始与终止作为时间边界标记,在动物研究中已被证实存在独立的神经处理通路,但其在人类感知中的作用尚不明确。既往研究多受限于刺激时长过短、时间预测性高或任务设计混淆等因素,未能清晰揭示终止ERP的特性。
方法
研究采用两种间隔辨别任务:
- 1.
研究1:被试在静默背景下辨别噪声间隔时长;
- 2.
研究2:在持续噪声背景下辨别静默间隔(间隙)时长。
每种任务均包含主动辨别与被动聆听条件,刺激时长1–2秒,确保起始与终止ERP无重叠。EEG数据通过64电极系统采集,采用贝叶斯 bootstrap 估计生成ERP波形及差异分析。
结果
1. 起始与终止ERP的形态差异
终止ERP无P50成分,N100在FCz电极表现为双峰(85.9 ms与121.1 ms),P200延迟至246 ms且振幅仅为起始ERP的1/3。起始ERP则呈现典型P50–N100–P200序列(图2)。
2. 行为任务对ERP的调制作用
- •
终止ERP的早期成分受任务影响:当终止作为间隔结束标记时(研究1),主动任务下出现P100而非被动下的N100;而作为起始标记时(研究2),始终表现为N100双峰。
- •
晚期成分的共性调制:所有作为间隔结束标记的事件(研究1的终止、研究2的起始)均在主动任务中表现出增强的P200后活动(如P400),可能与时间间隔判断相关(图3-5)。
3. 振幅与潜伏期不对称性
终止ERP振幅普遍低于起始ERP,P200成分的振幅比值为0.37–0.55。潜伏期分析显示,作为起始标记的瞬态事件(研究1的起始、研究2的终止)引发更快的神经响应。
讨论
起始与终止ERP的差异反映了二者神经机制的分离:起始处理更具自动化特征,而终止处理更依赖注意调控。终止ERP早期成分对行为背景的敏感性提示其可能涉及更多自上而下加工。本研究通过优化实验设计(如随机化间隔时长、平衡任务顺序)克服了既往研究的局限,为临床评估听觉时间处理障碍(如言语噪声下感知困难)提供了可靠的范式基础。未来可基于此范式进一步探索终止处理缺陷与听觉疾病的相关性。
附录验证
附录图表进一步证实,P200后活动的增强特异于间隔结束标记(而非接近运动反应的时间点),且在不同间隔顺序中均保持一致(附录图1-2),强化了结论的稳健性。