运用事件相关电位探讨铅暴露对儿童认知功能的影响

杨 颖，郜振彦，颜崇淮

(1.上海交通大学公共卫生学院，上海 200025；2.上海交通大学医学院附属新华医院/教育部和上海市环境与儿童健康重点实验室，上海 200092)

铅是具有神经毒性的环境污染物，可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径进入人体，并通过血液循环分布至全身，最终在人体各个系统组织器官中长期蓄积[1]。铅干扰了神经突触形成、突触连接的修饰和髓鞘形成，而后两个过程主要发生在儿童时期[2]。大量研究发现铅暴露对处于大脑生长发育期儿童的智商和心理行为造成严重的不良影响[3-4]。事件相关电位(event related potentials，ERP)是研究心理活动电位变化的一个客观手段，ERP具有较高的时间分辨率，能客观反映认知过程中大脑神经电活动的变化，因此研究者常借助ERP对认知过程进行研究[5]。失匹配负波(the mismatch negativity，MMN)属于认知ERP家族。目前关于MMN的诱发原理主要是记忆痕迹假设，该假设认为MMN的产生是由于持续出现频率较高的标准刺激在大脑中形成了记忆痕迹，当频率小的靶刺激出现时，大脑将接收到的新刺激与记忆痕迹进行比较，并且自动处理这个与记忆痕迹不匹配的新刺激，因此MMN可以作为反映大脑对信息自动加工处理的指标[6]。ERP家族中的P3a是未预料到的、与标准刺激具有较大差异的新异刺激突然出现而诱发的一个正向波[7]，被认为是朝向反应出现的标志。朝向反应是大脑应对预料之外事件的保护机制，反映大脑对新异刺激觉察后的积极加工过程。

目前在临床和科研中，主要使用心理行为量表来评估铅神经毒性对大脑造成的影响。各种心理行为量表通过评估儿童的行为来反映其大脑认知功能，然而量表所评估的行为通常是感觉、认知和运动三个层面上相互作用的结果。当施测者观察到行为变化时，难以判断究竟是由哪个层面的变化引起的。因此本研究运用研究认知功能的ERP探讨铅暴露对儿童脑功能的影响，进一步证实铅对儿童认知层面的影响，对铅的神经毒性由动物实验向人群研究转变，由智商分数的主观评价转向认知功能的客观指标，为早期发现铅中毒儿童认知障碍提供神经电生理依据。

将MMN运用于铅暴露儿童的相关研究国内外鲜少报道。明显临床症状的铅中毒对儿童中枢神经系统认知功能损害虽已有证明，但目前客观地量化评估较少。本研究运用非注意条件下所诱发的ERP来探讨铅暴露对儿童认知的影响，不要求儿童主动注意，适用于年龄较小儿童或自闭症儿童。

1资料与方法

1.1一般资料

选取2017年3月至2019年11月就诊于上海交通大学医学院附属新华医院儿童重金属门诊的3岁半至7岁共66例儿童为研究对象。排除标准：①曾经接受过驱铅治疗；②有注意缺陷障碍患儿(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)；③有其他重金属暴露、缺铁性贫血；④智力缺陷；⑤有听觉系统疾病史。所有研究对象的监护人均知情同意自愿参与研究。

1.2研究方法

1.2.1血铅测定方法

血铅浓度检测使用美国PerkinElmer公司的PinAAcle900Z型原子吸收光谱仪进行测定。每天测定样本前，使用5个浓度的血铅绘制标准曲线(0～500μg/L)，然后使用低、中、高三个水平的质控来检验标准曲线的准确性。检测限为0.1μg/L，本研究所有的血铅值均高于检测限。

1.2.2事件相关电位的采集

向家长和儿童讲解采集记录过程，使其了解ERP的科学性和无创性，争取受试儿童积极配合。在实验的同时，儿童观看无声动画片，并告知其要专心观看。给儿童正确佩戴电极帽后，打开信号记录设备，连接无线Trigger发射系统与无线干电极帽，系统中的各电极阻抗正常后开始记录脑电信号。本研究使用的是听觉三刺激Oddball范式(标准刺激80%、靶刺激15%及新异刺激5%)诱发ERP。安放好各个电极后，将参考电极放置于耳垂，记录儿童15分钟脑电。本研究主要采集中央点(central zone，Cz)和额点(frontal zone，Fz)。

1.2.3智力测试

使用Wechsler学龄前儿童智力量表(上海-WPPSI)对儿童进行智力测试。该量表由美国引进的Wechsler学龄前儿童智力量表进行适当修改及标准化后应用，包括操作商和语言商。各年龄组的粗分分布可以转化为量表分分布，每一个儿童的粗分可根据其在一条正态分布曲线上的位置，确定相应的量表分，从而计算出每位受试对象的智商(intelligence quotient，IQ)。

1.2.4心理行为问卷评估

向受试儿童及其家长说明填写问卷的注意事项，嘱其填写重金属门诊问卷及学龄前儿童心理行为评估问卷。本研究使用的心理行为评估问卷是家长版的长处与困难问卷(strengths and difficulties questionnaire，SDQ)以及中文版注意缺陷多动障碍SNAP-Ⅳ评定量表-父母版(Chinese version of Swan-son Nolan and Pelham,Version Ⅳ Scale-parent form，SNAP-Ⅳ)。

1.3统计学方法

2结果

2.1研究儿童的基本特征

本研究共纳入66名受试儿童，且均为学龄前期儿童。儿童血铅中位数为42.50(12.00～120.75)μg/L，范围为5.10～348.00μg/L；年龄均数为(62.73±8.65)月龄，年龄范围为44～78月龄，见表1。

表1 儿童一般情况[n(%)]

2.2儿童血铅水平与社会经济状况以及智力测试结果的关系

儿童语言分、操作分和智商总分均值分别为(111.12±14.71)分、(111.56±14.62)分和(112.53±13.64)分，其中儿童血铅与语言分为负相关关系(r=-0.257，P<0.05)。儿童血铅水平与父亲的受教育程度、母亲的受教育程度和家庭收入均呈负相关关系(r值分别为-0.498、-0.431、-0.349，均P<0.05)，见表2。

表2 血铅水平与儿童社会经济状况以及智力测试的相关关系分析

2.3儿童血铅水平与心理行为评分的关系

儿童血铅与心理行为量表各项目的相关分析中，尚未发现血铅水平与心理行为量表评估之间的相关关系(均P>0.05)，见表3。

表3 儿童血铅与心理行为评分的相关分析

2.4运用ERP分析铅暴露对儿童认知功能的影响

MMN属于认知ERP家族，P3a是ERP中的朝向反应标志，相关分析结果表明血铅水平、年龄与大脑Cz区的MMN波幅存在负相关关系(r值分别为-0.293、-0.307，均P<0.05)，母亲教育程度与大脑Cz区的P3a波幅存在正相关关系(r=0.254，P<0.05)，年龄与大脑MMN潜伏期存在负相关关系(r=-0.292，P<0.05)，尚未发现儿童血铅与MMN潜伏期以及P3a的波幅和潜伏期之间存在相关关系(均P>0.05)，见表4。线性回归分析结果显示，控制年龄、家庭收入、父亲的受教育程度和母亲的受教育程度后，儿童血铅水平与MMN波幅之间的回归系数β值及95%CI为-0.01(-0.02～0.00)，标准回归系数为-0.34，提示血铅升高对MMN波幅呈负性影响，见表5。

表4 血铅水平与ERP的相关分析

表5 血铅水平与ERP的多元线性回归分析

3讨论

3.1血铅与儿童智商和心理行为指标的关系

儿童血铅水平与儿童语言商为负相关关系，未发现血铅与操作商和总智商之间的关系，该结果与国内外相关研究的结果一致，铅暴露对语言智商的影响更明显[9]。铅暴露对发育中脑海马的代谢型谷氨酸受体基因表达有不良影响，该受体在参与学习记忆中起着重要作用，这有可能是造成智商降低的根本原因[10]。

铅暴露被认为是认知障碍的危险因素之一[11-12]。儿童铅暴露导致的认知缺陷包括注意力不集中、记忆缺陷、语言能力下降、视觉-运动协调障碍以及反应时间延长等[2]。一项新西兰的队列研究发现，儿童11岁测定的血铅与38岁时认知功能下降以及社会经济情况的降低有关，并且38岁时通过韦氏成人智力测验第四版(Wechsler adult intelligence scale，WAIS-Ⅳ)量表测量的知觉推理和工作记忆能力降低与11岁时测量的血铅水平相关[13]。且研究表明铅暴露儿童会表现出ADHD类似症状，例如冲动、注意缺陷和攻击性，因此，本研究排除了ADHD患儿。

3.2运用ERP可探索铅暴露与儿童认知功能的关系

近年来已有大量将ERP用于神经疾病、心理疾患、精神障碍与听力疾病等健康问题的辅助诊断的报道[14-15]。国内外将ERP运用于铅暴露的研究有限，均表明ERP特征值与血铅水平之间存在相关性。加拿大一项队列研究证明铅暴露降低了儿童的P3b波幅[16]。李丽君等[17]探讨儿童铅中毒与P300的关系，结果发现铅中毒儿童事件相关电位P300潜伏期明显延长；还有学者发现铅中毒儿童的P300及N200波幅较正常儿童明显降低，潜伏期明显延长[18]。

本研究中相关性分析结果表明儿童在Cz区MMN波幅与血铅水平为负相关关系。调整混杂因素后，在回归分析中进一步确认了二者之间的相关关系，铅暴露可能干扰了大脑的信息自动加工过程，MMN波幅随着血铅水平的升高而减少，提示大脑辨别偏差刺激特征差异的能力降低，铅对大脑的前注意产生了负面影响。前注意是最早对刺激产生的无意识注意，是指在刺激之后，对于该刺激是否进行注意或分析的过程。前注意过程是大脑对周围环境变化的自动信息处理过程，对于适应环境有重要意义[19]。本研究并未发现P3a与血铅的相关关系，提示血铅未影响大脑的朝向反应。

本研究中血铅中位数为42.5μg/L，属于低水平铅中毒，结果未发现铅暴露对SDQ问卷和SNAP-IV量表中心理行为项目的影响，但发现血铅水平与儿童语言商和Cz区MMN波幅为负相关关系，提示铅暴露影响了儿童认知功能的信息自动加工能力，可以考虑将MMN作为早期铅暴露的一个敏感客观指标，并且可以依据ERP的变化进一步探索铅暴露对大脑认知功能的神经生理学机制。