1. 引言
精神分裂症(schizophrenia, SCHIZ)又被称为思觉失调症、调弦症或者统合失调症，属于一种慢性疾病。临床症状复杂多样，常见症状有幻觉、妄想、易激惹、抑郁及焦虑、认知缺陷等，可涉及感知觉、思维及认知功能等方面。临床的各种症状之间虽不大相同，但一般都以综合的形式表现出来。在大部分精神分裂症患者中都可以检测到一定的认知能力损害(Alkan & Evans, 2022)。其中感知觉障碍最为常见。持续的阳性症状，如幻觉和妄想，严重令人痛苦，并破坏日常功能，包括社会功能。人脸感知障碍是这些社会缺陷的一个关键方面，并且一直是许多精神分裂症研究的重点(Bossi et al., 2020)。
精神分裂症的核心特征之一就是面部感知觉障碍(Mccleery et al., 2015; Earls et al., 2016)，在社会活动中能够获取最多信息来源的就是人脸，因此面部感知觉障碍与精神分裂症患者的社会功能差之间存在一定的联系(Bortolon et al., 2015)。鉴于精神分裂患者面部处理受损的有力行为证据(Pinkham et al., 2008)，许多研究都集中在阐明导致精神分裂症面部知觉困难的潜在神经异常上(Comparelli et al., 2013; Martin et al., 2005; She et al., 2017)。利用事件相关电位(ERP)技术的研究表明，精神分裂症患者在观察面部情绪表情时，在视觉处理的早期阶段表现出缺陷(Campanella et al., 2006; Wynn et al., 2013)。虽然在临床精神病高风险个体(CHR：即疾病推定前驱期)中观察到类似的行为面部情绪表达识别缺陷。然而，人脸识别障碍可能源于早期的视觉处理阶段，例如P1成分(Goghari et al., 2011)。研究这一关键人群早期视觉面部感知神经功能障碍的电生理学研究很少。因此，目前电生理学关于精神分裂症患者在部分人脸和完整人脸条件下的认知功能差异的研究较少，人脸识别方面的缺陷研究仍然存在重要的悬而未决的问题。这些问题的答案可能为精神病和治疗发展中面部感知缺陷的病理生理学提供宝贵的线索。为了解决这些悬而未决的问题，本研究使用ERP技术来检查在精神分裂症患者在识别部分人脸和完整人脸过程中的神经生理缺陷以及认知水平。
早期研究精神分裂症的面部识别的实验中，有关强调时间过程的实验都会使用N170和P1成分研究精神分裂症早期视觉处理缺陷(Osborne et al., 2022)。对面部识别比较敏感的N170成分ERP成分中的一种负成分，在刺激开始后约170 ms处达到峰值，并且发现其与面部感知相关。同时是在识别人脸过程中响应最大的成分，将刺激分类为面部的过程是人脸专家化刺激加工的一个过程(梁欣，王权红，2015)，并且有证据表明N170反映了面部的感知整合和结构编码。
已有研究表明，有意义的面部特异性分类始于刺激开始后约100 ms，即P100成分(Herrmann et al., 2005)。原本以为P1成分只反映基本的视觉处理和早期视觉注意，但是Herrmann等人的研究表明，P100也会参与面部处理过程。研究表明，在相对于非面部物体的面部视觉处理，面部处理过程中的P1成分的波幅更大。P1成分对注意力和视觉刺激的低级属性(例如，对比度，大小)敏感(Allison et al., 1999)，受到注意的显著影响，潜伏期受到刺激的对比度的显著影响。同时在刺激的难度增加时，注意也会受到显著影响，P1成分上可以表现为幅值的增强。因此，P100成分可以提供关于人脸识别障碍的潜在机制的重要信息，并影响精神分裂症等精神疾病的识别(Mueser et al., 1996)。
在刺激呈现的后期阶段才检测到P300，在刺激开始后约300 ms开始的正向中心顶峰ERP成分，P300是精神分裂症患者的一个混合性指标，P300波幅降低是精神分裂症患者相关研究中最一致的发现之一。P300 是与注意力和记忆过程相关的晚期认知相关成分。P300的事件相关的大脑电位是内源性认知过程的指标，包括定向注意力和工作记忆的情境更新。一般认为P300波幅反应在产生刺激记忆时发生的中枢神经系统活动的能量大小，它与用于给定任务的注意力资源量成正比。P300的延迟与否是在认知加工过程中对刺激分类速度的衡量标准。它与响应选择过程无关，也独立于行为响应时间。反映了对刺激意义的认知评估(Polich, 2007)以及刺激意义的详尽处理。
综上所述，该实验拟以蒙古族精神分裂症患者为研究对象，结合视觉诱发电位脑电信号以及P1，N170，P300等脑电成分，探讨蒙古族精神分裂症患者在部分人脸和完整条件下的认知加工过程是否会存在差异。
2. 方法
2.1. 研究对象
从通辽市精神卫生中心招募26名年龄在18~60岁之间的蒙古族慢性精神分裂症患者，其中男性23名，女性3名，平均年龄(42.78 ± 11.26)岁，平均病程(13.11 ± 8.28)年，PANSS平均得分为(105.96 ± 38.91)分。所有患者均符合DSM-IV中精神分裂症的诊断标准，未合并脑器质性疾病，患者智力及视听觉功能正常且无运动相关障碍，在过去8周内未接受过电休克治疗(electroconvulsive therapy) (Kaster et al., 2017)，处于精神分裂症的缓解期，能够配合完成脑电测验。
2.2. 研究工具
所有被本实验研究材料使用的人脸图片选自中国人情感面孔表情图片系统，选用其中60张自然中性表情面孔图片作为本试验刺激材料，男女各半。遮挡试验材料使用Adobe Photoshop对面孔图片进行随机遮挡处理，遮挡比例为50%，图片像素为260 × 300 (宽 × 高)。所有刺激都在计算机屏幕中央呈现，视角约为4.8 × 6。试验材料采用E-prime 2.0软件编程，17英寸液晶电脑屏幕(分辨率1024 × 768像素，刷新率75 Hz)呈现刺激。
2.3. 实验流程
本实验采用采用面孔成对比较任务，实验流程分为练习阶段和正式阶段，两个阶段实验流程相同。练习阶段被试坐在距离计算机屏幕75 cm处，眼睛与显示器平直。主试向被试说明指导语言并练习，确保被试熟悉实验流程后开始进行正式实验。正式实验开始后屏幕中央相继呈现两张面孔(两张面孔为一对)，第一张为遮挡面孔，第二张为完整面孔。面孔图片呈现时间均为500 ms，两张面孔之间刺激间隔为1500~2000 ms随机，被试被告知只需要对两张面孔做是否一致的判断并按键即可，但按键本身不做记录，只是为了保持被试持续性注意。整个实验共60对面孔匹配刺激，共计120张面孔图片，其中完整面孔60张，遮挡面孔60张。
2.4. 脑电数据记录和处理
采用中国博瑞康公司生产的Neuracle脑电系统记录与分析数据，按国际10~20系统排布的32导联脑电帽记录脑电(electroencephalogram, EEG)，以refer为参考电极，电极与头皮阻值均在30 kΩ以下，采样频率为1000 Hz。采用Matlab2010b (Math Works，Natick，美国)和EEGlab19.0软件对脑电数据进行离线分析。离线分析时refer参考电极转换为全脑平均参考，原始数据按照0.1~30 Hz进行滤波，分段时间窗长为刺激呈现前的200 ms到刺激结束后的800 ms，以刺激呈现前200 ms的平均波幅做基线校正，并通过独立成分分析去除垂直和水平眼电。将处理后的脑电数据导入SPSS Statistics 22.0 (IBM，Somers，美国)软件进行统计。采用配对样本t检验分析，以P < 0.05为差异有统计学意义。
3. 结果
3.1. 部分人脸和完整人脸条件各成分在各电极点的波幅对比
表1是P1，N170，P300三个成分在部分人脸和完整人脸条件下在所选的电极点上的波幅差异对比表格(P < 0.05)。配对样本t检验的结果显示，精神分裂症患者在部分人脸(S1)和完整人脸(S2)条件下的脑电成分P1、N170和P300的波幅在右顶枕区电极点O2、PO8、P8、PO4以及左顶枕区电极点O1、PO7、P7和PO3上的差异显著(P < 0.05)。
Table 1. Paired-sample t-tests for the amplitude of each component of the partial face condition and the full face condition (μV)
表1. 部分人脸条件与完整人脸条件各成分波幅配对样本t检验(μV)
注：左数第一个
是S1条件的，第二个则是S2条件的，*P < 0.05
Table 2. Paired-sample t-tests of latencies for each component of the partial face condition versus the full face condition (μV)
表2. 部分人脸条件与完整人脸条件各成分潜伏期配对样本t检验(μV)
注：左数第一个
是S1条件的，第二个则是S2条件的，*P < 0.05。
表2是P1，N170，P300三个成分在S1和S2条件下在所选的电极点上的潜伏期差异对比表格(P < 0.05)。配对样本t检验的结果显示，精神分裂症患者在部分人脸(S1)和完整人脸(S2)条件下的脑电成分P1的潜伏期在右顶枕区的PO4上差异显著，N170成分的潜伏期在右顶枕区的O2，PO8上差异显著，P300成分在右顶枕区的O2，PO8、PO4和左顶枕区的PO7、PO3上差异显著。
3.2. 部分人脸与完整人脸条件各成分在脑区的比较
表3是左右枕叶区电极点的叠加平均图在S1和S2条件下P1，N170，P300成分的波幅差异对比表格(P < 0.05)。配对样本t检验的结果显示，精神分裂症患者在部分人脸和完整人脸的条件下的脑电成分P1、N170和P300的波幅在左枕区和右枕区的差异均显著。
Table 3. Paired-sample t-tests of wave amplitudes (μV) in the left and right brain regions for each component of the partial face condition and the full face condition
表3. 部分人脸条件与完整人脸条件各成分左右脑区波幅配对样本t检验(μV)
注：左数第一个
是S1条件的，第二个则是S2条件的，*P < 0.05。
表4是左右枕叶区电极点的叠加平均图在S1和S2条件下P1，N170，P300成分的潜伏期差异对比表格(P < 0.05)。配对样本t检验的结果显示，精神分裂症患者在部分人脸和完整人脸的条件下的脑电成分P1的潜伏期在右枕区的差异显著。N170的潜伏期在左右枕区均不显著。P300成分的潜伏期在右枕区差异显著。
Figure 4. EEG components on the left occipital lobe
图4. 左侧枕叶上的脑电成分
Figure 5. EEG components on the right occipital lobe
图5.右侧枕叶上的脑电成分
Table 4. Paired-sample t-tests for latencies in the right and left brain regions for each component of the partial versus intact face condition (μV)
表4. 部分人脸条件与完整人脸条件各成分左右脑区潜伏期配对样本t检验(μV)
注：左数第一个
是S1条件的，第二个则是S2条件的，*P < 0.05。
3.3. 部分人脸与完整人脸条件各成分脑电地形图
下图脑电地形图是在刺激发作后80~300 ms (只反应P1，N170和P300成分)，在部分人脸和完整人脸条件下的对比。结果表明(图6)，由部分人脸和完整人脸两个条件引发的ERP地形图彼此之间存在显着差异，两种刺激之间的波形差异主要反映在150~190 ms的中央区域和枕叶区域，以及250~300 ms的中央区域和枕叶区域。部分人脸条件下脑地形图的能量波动在三个时间内均弱于完整人脸条件。
Figure 6. Brain topography of partial and complete faces on time: 80~120 ms, 150~190 ms, 250~300 ms
图6. 部分人脸和完整人脸在时间：80~120 ms，150~190 ms，250~300 ms上的脑地形图
4. 讨论
在本研究中，将精神分裂症患者在部分\完整面部识别任务期间的脑电活动进行了比较。研究目的是探讨蒙古族精神分裂症患者在部分人脸和完整条件下的认知加工是否存在差异。配对样本t检验结果显示，患者在部分人脸和完整人脸条件下的P1、N170和P300成分在波幅、潜伏期和脑区方面都存在着显著差异。实验研究结果与前人的相关研究结果基本一致：P1成分的波幅在部分人脸和完整人脸的条件下差异显著，一方面表明部分人脸条件和完整人脸条件的刺激在物理属性上存在一定差异(Allison et al., 1999)。另外一方面显示出精神分裂症患者的面部知觉在早期处理刺激的感知觉方面和判断任务难度的物理特性方面显着存在缺陷(Haenschel et al., 2007)。相对于完整人脸，部分人脸条件引起的P1成分的波幅相对较小，表明对于患者在判断部分人脸(S1)和完整人脸(S2)是否为同一张脸时，患者对完整人脸的加工占用了更多的认知资源。在Doniger博士的研究中则是另一种见解，和简单的视觉刺激、亮度和对比度不同，在编码非面部刺激(例如碎片图像)时，精神分裂症患者的P100的波幅更小。说明患者在早期感知的过程中极有可能是把部分人脸当作简单的碎片图像进行加工，这反映出精神分裂症患者识别碎片物体的能力显著受损，同时视觉P1成分的波幅显著降低(Doniger et al., 2002)，表明患者在进行与社会相关的早期视觉处理过程中感知觉的缺陷就已出现。另一方面，P1成分的潜伏期在电极点O2上差异显著，P1的潜伏期受到刺激的对比度的显著影响表明部分人脸(S1)和完整人脸(S2)两个条件刺激之间的对比度具有显著差异。
N170是一个专家化的成分响应所有类型的物体，但波幅在响应人脸时最大(Murashko, Shmukler, 2019)。本次实验结果显示，无论是在部分人脸条件还是在完整人脸条件下精神分裂症患者的认知成分N170的波幅在观察完整人脸时降低。McCleery等人的研究结果同样支持N170在精神分裂症中的破坏(Mccleery et al., 2015)，不同人脸条件下的N170波形的大小表明，患者在判断部分人脸(S1)和完整人脸(S2)是否为同一张脸的面部处理过程中已经存在潜在的神经损伤。也同实验前的猜测相一致，部分人脸条件先于完整人脸出现，患者在对部分人脸的加工中因为部分人脸的难度较大消耗了更多的认知资源，则完整人脸认知过程中N170的波幅受到一定影响。另一方面，考虑到N170成分的潜伏期总是部分人脸比完整人脸的潜伏期更靠前，部分人脸更有可能在认知过程中是整体加工，整体加工的速度快于部分加工。
P300成分的波幅和潜伏期，在部分人脸和完整人脸两个条件下的差异都是显著的。P300的潜伏期在部分人脸条件下出现延迟，反映出本次研究的患者的部分人脸的认知识别可能受到了损伤(张婵娟，2021)。P300成分反应的是认知过程中自上而下的加工，是一种高级的认知加工，一种自上而下的注意强化，脑地形图中能量在部分人脸和完整人脸两个条件下的差异是注意调节不够导致(丁秀珊等，2020；Suwa et al.，2004)。P300在潜伏期上差异的显著性是认知加工的时间进程的差异，波幅则是事件相关电位的过程中心理资源消耗程度。表2中，P300成分的潜伏期在部分人脸条件下推迟，在完整人脸条件下提前，侧面说明部分人脸条件的识别对精神分裂症患者来说更难。这同邱耀琴等人发现实验任务难度是P300潜伏期产生差异的一个来源(Qiu et al., 2014)相一致。P300成分的波幅在部分人脸和完整人脸的条件下差异显著，是由于精神分裂症患者对面孔的认知加工受损，患者的面孔认知加工可以用P300成分的波幅进行评估(黄卉妍等，2021)。
脑电成分P1、N170和P300的波幅在所选的左右枕区的8个电极点上差异显著，但是潜伏期的差异主要体现在右侧脑区上，揭示了面部感知过程中的半球差异。这表明尽管部分人脸条件在P1成分时期可能被识别为破碎图片，但在整个认知过程的中后期因为注意的加入最终会被正确识别为人脸从而使用对人脸比较敏感的右侧脑区进行加工。这与前人研究结论相一致：人脸特征的方向会影响右半球的人脸感知处理，而人脸轮廓和特征之间方向的匹配会影响左半球的处理(Miki et al., 2022)。由表2，表4的显著性结果可知，在左右枕区中，右侧枕区是人脸识别的主要脑区，人脸特征的方向会影响右半球的人脸感知处理，而人脸轮廓和特征之间方向的匹配会影响左半球的处理(Miki et al., 2022)。说明患者在对前后两个条件的人脸进行识别时，是建立在分析人脸的基础上的。另一方面，本次实验的被试男女比例可能也会影响统计结果，本次实验的男性患者较多。因为男女的大脑偏侧化不同，男性明显不对称，女性则是半球之间的工作更加分散，倾向于左半球(LH)优势(Godard et al., 2013)。P1成分在右枕区的差异显著，在人脸识别过程中，右半球往往比左半球表现出更高的敏感性。因此后续相关实验应将被试的性别进行更严格的把控以提高实验研究的准确度。
综上所述，本研究发现精神分裂症患者在识别部分人脸和完整人脸时，脑电成分P1、N170、P300差异显著且出现大脑的偏侧化现象，显示出精神分裂症患者在不同的人脸条件下存在不同的认知加工方式。
5. 结论
本研究的核心目的是确定精神分裂症患者的电生理反应在部分人脸和完整人脸条件是否不同。研究患者在部分人脸和完整人脸条件下的面部感知觉障碍以及在面部感知觉不同阶段的神经缺陷。本次实验的结果，P1、N170、和P300成分波幅和潜伏期在部分人脸和完整人脸的条件下差异显著，左右枕区之间同样存在差异，以上发现说明精神分裂症患者在进行认知加工部分人脸和完整人脸时加工的方式之间存在差异。这些发现为精神病和治疗发展中面部感知缺陷的病理生理学提供宝贵的线索，为后续的精分患者的治疗和干预上明确了更加行之有效的治疗方式。同时，本次实验的研究结果为精神分裂症患者面部影响处理背后的功能失调的ERP模式提供了证据。
NOTES
*通讯作者。