李婧婷，黃曦妍，范豪，李詠雪，劉鵬，陳曦

1.中山大學附屬第一醫(yī)院康復醫(yī)學科，廣東廣州市510080；2.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院康復醫(yī)學科，廣東廣州市510280；3.鄭州大學第一附屬醫(yī)院康復醫(yī)學科，河南鄭州市450052

帕金森病是一種神經(jīng)退行性疾病，嚴重威脅和影響患者身體健康和生活質(zhì)量。

帕金森病的典型臨床癥狀是震顫、肌肉僵硬、姿勢步態(tài)障礙等軀體運動障礙，但一個重要卻尚未引起足夠重視的事實是，89%的帕金森病患者有發(fā)音過弱、聲調(diào)單一、聲音嘶啞、言語流利度下降等運動性言語障礙[1]。臨床觀察證實，帕金森病患者的發(fā)聲音量會隨著病程的進展逐漸減小，以至于無法與他人正常交流。帕金森病患者卻無法意識到自己講話的音量過低，反而被要求以正常音量講話時認為自己是在“喊叫”[2]。而如果將帕金森病患者的語音錄下來并與正常人的語音一起播放，帕金森病患者則能夠準確地判定兩者音量上的差別[3]。這說明，帕金森病患者的言語障礙與言語產(chǎn)生中的聽覺感知功能障礙有關(guān)。另一方面，基于聽覺反饋擾動[4]的心理聲學系列研究發(fā)現(xiàn)，當言語產(chǎn)生中的聽覺反饋(基頻、聲強等)發(fā)生改變時，帕金森病患者產(chǎn)生的聲學補償響應幅度顯著高于正常對照組[5-8]；與正常對照組相比，帕金森病患者適應言語產(chǎn)生中的基頻和共振峰偏差時產(chǎn)生的聲學補償響應則明顯降低，甚至沒有任何聲學補償響應[8-10]。基于功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography,PET)、事件相關(guān)電位(event-related potentials,ERPs)等腦功能研究進一步發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者糾正言語基頻反饋偏差時的皮層誘發(fā)電位P2幅度顯著高于正常對照組，并且言語產(chǎn)生中顳上回等聽覺皮層區(qū)域和初級運動皮層、額下回、前額葉等運動和認知相關(guān)區(qū)域的活動均明顯增加[5,11-13]。

上述結(jié)果表明，帕金森病言語障礙不僅與聽覺感知功能障礙有關(guān)，而且與言語運動執(zhí)行障礙也有關(guān)。簡而言之，帕金森病言語障礙是言語產(chǎn)生中聽覺感知處理與發(fā)聲運動執(zhí)行的整合機制出現(xiàn)異常所導致的結(jié)果。

在言語運動調(diào)控中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)從言語運動記憶中提取出與言語內(nèi)容相應的神經(jīng)肌肉表達信息(內(nèi)部提示，internal cue)并將其轉(zhuǎn)換成言語運動指令(運動規(guī)劃，motor planning)[1]，最終通過發(fā)聲運動系統(tǒng)執(zhí)行運動指令以完成言語的產(chǎn)生(運動執(zhí)行，motor execution)。行為學研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者無法根據(jù)內(nèi)部提示產(chǎn)生有效的運動規(guī)劃，從而導致運動規(guī)劃[14-15]和運動執(zhí)行[16]出現(xiàn)障礙。在言語產(chǎn)生這一復雜的認知運動行為過程中，帕金森病患者表現(xiàn)為發(fā)聲啟動困難、發(fā)聲音量過弱、音調(diào)低沉[17]，以及在同時進行其他運動任務時言語運動調(diào)控的準確性下降[18-19]。而當帕金森病患者在利用外部提示信息(external cue)進行言語交流時，如提醒他們說話大聲一些、慢一些、清楚一些或者是模仿正常人說話的聲音，他們的發(fā)聲音量、語調(diào)的變化、構(gòu)音運動的幅度和準確性以及言語可懂度則會顯著增加[20-22]。這說明，帕金森病患者的言語運動調(diào)控，與基于不同類型提示信息(內(nèi)部和外部)的運動規(guī)劃和執(zhí)行方式有關(guān)。但是，帕金森病患者利用外部提示信息能夠改善言語運動調(diào)控這一重要現(xiàn)象背后的神經(jīng)機制至今仍不清楚。

本研究利用基于聽覺反饋擾動的生物聲學技術(shù)，結(jié)合腦電/事件相關(guān)電位技術(shù)，通過比較內(nèi)部和外部信息提示下聲學補償響應和皮層誘發(fā)電位之間的差異，探究帕金森病患者在不同運動執(zhí)行控制模式下的言語運動調(diào)控機制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

帕金森病組納入標準：①經(jīng)神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生明確診斷為帕金森病，且無其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病或精神障礙；②語言功能基本正常，無運動性失語或感覺性失語，未接受過言語治療；③聽力基本正常，通過以響度40 dBnHL為閾值、頻率范圍在500～4000 Hz的雙耳純音聽力篩查；④認知功能基本正常，經(jīng)簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)篩查排除癡呆，評分＞24分。

帕金森病組排除標準：①尚不能排除帕金森疊加綜合征；②有語言功能障礙、聽力障礙或認知功能障礙；③停藥后震顫或肌肉僵硬癥狀嚴重不能配合聲學和腦電實驗；④有長期酗酒或濫用藥物史。

正常對照組納入標準：①年齡、性別均與帕金森病組匹配；②語言及言語功能正常；③聽力基本正常，通過以25 dBnHL為閾值、頻率范圍在500～4000 Hz的雙耳純音聽力篩查；④認知功能基本正常，經(jīng)MMSE篩查排除癡呆，評分＞24分。

正常對照組排除標準：①無帕金森綜合征、腦血管病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病及精神障礙；②有語言功能或言語功能障礙、聽力障礙、認知功能障礙；③有長期酗酒或濫用藥物史；④經(jīng)耳鼻喉科診斷有嗓音障礙或聲音嘶啞等問題。

2016年2月至2017年10月帕金森病組共納入患者17例，其中男性8例，女性9例，平均(58.7±12.5)歲。同期正常對照組共納入受試者17例，其中男性8例，女性9例，平均(58.7±14.5)歲。

帕金森病組均以粵語為母語，并且在參加實驗前均未接受過言語治療，病程(5.4±3.6)年，Hoehn-Yarh分期(1.9±0.6)期。運動功能采用統(tǒng)一帕金森病綜合評分量表(Unified Parkinson's Disease Rating Scale,UPDRS-Ⅲ)進行評估，得分5～46分，平均(21.0±10.4)分。該組均接受抗帕金森病藥物治療，包括左旋多巴、其他多巴胺受體激動劑和抗膽堿能藥物。為了排除藥物治療對實驗結(jié)果的干擾，實驗前所有帕金森病患者需停藥約12 h。該做法的安全性和可行性已經(jīng)在既往研究中得到證實[5-6]。

本項目的受試者招募和實驗內(nèi)容符合世界醫(yī)學協(xié)會道德規(guī)范(赫爾辛基宣言)，并且獲得中山大學附屬第一醫(yī)院倫理委員會的批準。受試者在正式實驗前均對實驗目的和實驗過程知情，并簽署由倫理委員會審核過的知情同意書。本研究并無拒絕進入實驗的受試者。

1.2 方法

本研究包括內(nèi)部提示和外部提示兩個發(fā)聲任務。在內(nèi)部提示任務中，受試者在發(fā)聲任務開始前會通過耳機聽到一個發(fā)聲目標，并被要求記住發(fā)生目標的基頻水平。在隨后的發(fā)聲任務中，受試者需根據(jù)記住的發(fā)聲目標的基頻水平進行發(fā)聲。在外部提示任務中，受試者在發(fā)聲任務中的每一次發(fā)聲之前都會聽到一個發(fā)聲目標，并被要求按照發(fā)聲目標的基頻水平進行發(fā)聲。內(nèi)部提示和外部提示發(fā)聲任務的順序在受試者測試中隨機安排。兩個發(fā)聲任務所用的發(fā)聲目標基頻相同，其中男性和女性受試者的發(fā)聲目標基頻分別選定為標準音階中的D3(146.83 Hz)和C4(261.63 Hz)。

所有受試者頭戴64導聯(lián)腦電帽(Electrical Geodesics Inc.,Eugene,OR，美國)，平靜坐于特制的聲學屏蔽室(廣州達聰聲學科技有限公司)中，以自己舒適的音量平穩(wěn)地發(fā)元音/u/，持續(xù)5～6 s。麥克風收集到的聲學信號通過UltraLite Mk3多通道數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器(美國MOTU公司)進行信號放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通過Mac電腦系統(tǒng)中的MIDI信號控制軟件Max/MSP(v 6.0，Cycling74)控制多效聲音調(diào)諧器(美國EVENTIDE ECLIPSE公司)產(chǎn)生聽覺反饋基頻擾動信號，并對基頻擾動信號的相關(guān)參數(shù)(包括基頻擾動的幅度、方向、起始和持續(xù)時間等)進行調(diào)整，同時產(chǎn)生用以標記擾動信號起始及終止時間的晶體管-晶體管邏輯電平脈沖信號(transistor-transistor logical pulse,TTL pulse)?；l擾動信號通過多效聲音調(diào)諧器與經(jīng)放大的原有聲學信號進行混合，最后經(jīng)NetAmps 300放大器(美國ICON公司)放大后傳入受試者所佩戴的耳機中，使受試者感知自己聲音的變化。受試者發(fā)出的原始聲學信號、經(jīng)基頻擾動后的反饋信號和標記基頻擾動起始和終止時間的TTL脈沖信號均通過Powerlab數(shù)模轉(zhuǎn)換器(AD Instruments,ML880，澳大利亞)進行采集，并通過Mac電腦系統(tǒng)的LabChart聲學信號記錄軟件(AD Instruments,v 7.0)對聲學信號進行記錄。在每一次發(fā)聲過程中，聽覺反饋的基頻會被隨機地降低4次，幅度為200 cents，每次干擾持續(xù)時間200 ms，每次干擾間隔為700～1000 ms。受試者在每個發(fā)聲任務中分別連續(xù)發(fā)聲25次，共出現(xiàn)100次聽覺反饋基頻擾動。本實驗中與聲學信號同步的腦電信號的收集和記錄使用的是64導聯(lián)網(wǎng)狀電極帽和Net Amps300放大器。受試者佩戴好腦電帽后需要對頭皮阻抗進行檢測，并適當添加導電液調(diào)整，以保證在實驗過程中皮膚阻抗小于50 kΩ。腦電信號的采樣率設定為1 kHz，記錄過程中以Cz為參考電極。在實驗過程中，Max/MSP軟件所產(chǎn)生的TTL脈沖信號通過USB和firewire接口連接到腦電放大器，實現(xiàn)聽覺反饋擾動信號在腦電數(shù)據(jù)和聲學數(shù)據(jù)中的同步。

1.3 數(shù)據(jù)處理

聲學數(shù)據(jù)的處理和分析通過IGOR PRO軟件進行，提取面對聽覺反饋基頻擾動時產(chǎn)生的補償性聲學響應幅度和潛伏期進行測量和分析。腦電數(shù)據(jù)的分析由NetStation軟件完成，鑒于發(fā)聲運動過程中聽覺反饋擾動所誘發(fā)的皮層誘發(fā)電位主要體現(xiàn)在N1和P2兩種成分[23-25]，所以本研究主要提取N1和P2兩種成分的幅度和潛伏期進行測量和分析。

1.4 統(tǒng)計學分析

本研究屬于橫斷面研究，采用SPSS 23.0進行統(tǒng)計學分析，計量資料用(xˉ±s)表示。所有數(shù)據(jù)在統(tǒng)計分析前均進行正態(tài)性和方差齊性檢驗。聲學補償響應幅度和潛伏期的統(tǒng)計學分析采用2×2的兩因素重復性測量方差分析，其中實驗任務(內(nèi)部提示和外部提示)為組內(nèi)因素，測試組(帕金森病組和正常對照組)為組間因素。皮層誘發(fā)電位N1和P2的幅度和潛伏期的統(tǒng)計學分析采用2×10×2的三因素重復性測量方差分析，其中實驗任務(內(nèi)部提示和外部提示)和電極(FC1、FC2、FCz、FC3、FC4、C1、C2、Cz、C3 和C4)為組內(nèi)因素，測試組(帕金森病組和正常對照組)為組間因素。之所以選擇前部和中央部分的10個電極進行分析，是為了分析兩組受試者不同實驗任務下神經(jīng)生理學響應成分N1和P2的波幅和潛伏期的變化特征。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 行為學結(jié)果

聲學補償響應幅度分析結(jié)果顯示，實驗任務主效應不顯著(F(1,32)=0.039,P=0.840)，組間因素主效應顯著(F(1,32)=5.415,P=0.027)。帕金森病組在內(nèi)部提示[(19.7±6.6)cents]和外部提示[(21.4±7.3)cents]條件下產(chǎn)生的聲學響應幅度均大于正常對照組[內(nèi)部提示(16.4±6.8)cents，外部提示(15.2±5.4)cents]。

2.2 神經(jīng)生理學結(jié)果

N1幅度的三因素RM-AN OVA結(jié)果顯示，電極主效應顯著(F(9,288)=4.677,P=0.004)，實驗任務和測試組之間交互效應顯著(F(1,32)=8.634,P=0.006)。帕金森病組中實驗任務主效應顯著(F(1,16)=9.423,P=0.007)，內(nèi)部提示任務中產(chǎn)生的N1幅度明顯大于外部提示任務；但在正常對照組中實驗任務主效應不顯著(F(1,16)=1.550,P=0.231)。見圖1和圖3。在內(nèi)部提示任務中組間因素主效應顯著(F(1,32)=5.476,P=0.026)，帕金森病組產(chǎn)生的N1波幅大于正常對照組；但在外部提示任務中組間效應不顯著(F(1,32)=0.249,P=0.621)。見圖2和圖3。

N1潛伏期的統(tǒng)計學分析發(fā)現(xiàn)，實驗任務(F(1,32)=2.430,P=0.129)[帕金森病組(123±18)ms；正常對照組(123±14)ms]、電極(F(9,288)=0.629,P=0.595)和測試組因素(F(1,32)=0.000,P=0.992)[內(nèi)部提示(120±16)ms；外部提示(125±17)ms]均不存在主效應；且各組內(nèi)因素和組間因素交互效應均不顯著。N1成分相應腦地形圖見圖4。

P2幅度的三因素RM-ANOVA結(jié)果顯示，電極主效應顯著(F(9,288)=27.047,P＜0.001)，而實驗任務(F(1,32)=2.122,P=0.155)和測試組(F(1,32)=1.939,P=0.173)主效應均不顯著，并且各組內(nèi)因素和組間因素之間交互效應不顯著。見圖3。

P2潛伏期的統(tǒng)計學分析顯示，實驗任務(F(1,32)=0.801,P=0.378)、電極(F(9,288)=1.256,P=0.261)和測試組(F(1,32)=0.099,P=0.756)主效應均不顯著，并且組內(nèi)因素和組間因素之間交互效應不顯著。P2成分相應腦地形圖見圖5。

圖1 兩組在內(nèi)部提示和外部提示任務中的ERPs總平均曲線(FCz、Cz)

圖2 內(nèi)部提示和外部提示任務中帕金森病組與正常對照組的ERPs總平均曲線(FCz、Cz)

圖3 帕金森病組與正常對照組在內(nèi)部提示和外部提示任務中N1和P2成分的平均波幅

圖4 兩組在內(nèi)部提示和外部提示任務中N1成分的腦地形圖

圖5 兩組在內(nèi)部提示和外部提示任務中P2成分的腦地形圖

3 討論

本研究通過比較帕金森病患者和正常對照者在內(nèi)部和外部提示發(fā)聲任務中面對聽覺反饋基頻擾動所產(chǎn)生的聲學補償響應和皮層誘發(fā)電位(N1和P2)，研究不同運動執(zhí)行控制策略對帕金森病言語運動調(diào)控機制的影響。行為學結(jié)果發(fā)現(xiàn)，帕金森病組和正常對照組的聲學補償響應在兩種提示任務之間不存在顯著性差異，但是帕金森病組較正常對照組產(chǎn)生更大聲學補償響應幅度。在皮層活動水平上，帕金森病組在外部提示任務中所產(chǎn)生的N1幅度小于內(nèi)部提示任務，而在正常對照組中則不存在這種差異；在內(nèi)部提示任務中帕金森病組的N1幅度高于正常對照組，而在外部提示任務中兩組的N1幅度則不存在顯著性差異。上述結(jié)果表明，外部提示信息能夠提高帕金森病患者處理言語反饋偏差的神經(jīng)編碼效率，提高言語產(chǎn)生中聽覺感知處理與發(fā)聲運動執(zhí)行的整合能力。

與正常對照組相比，帕金森病患者面對言語基頻反饋擾動時產(chǎn)生的聲學補償響應幅度明顯偏大，即“過度”補償言語產(chǎn)生的基頻反饋偏差。該發(fā)現(xiàn)與既往行為學研究結(jié)果相一致[5-8]，進一步證實帕金森病患者利用聽覺反饋調(diào)控言語運動的能力受到損傷。但是，帕金森病患者在兩種提示任務中產(chǎn)生的聲學補償響應不存在顯著性差異。這可能與外部提示信息的呈現(xiàn)方式有關(guān)：外部提示信息僅在發(fā)聲開始之前才會提供，在發(fā)聲過程當中則并不存在，從而令帕金森病患者無法根據(jù)外部信息實時監(jiān)控自身的發(fā)聲行為。外部提示信息的不充分，可能是言語反饋偏差導致的聲學補償行為未能出現(xiàn)明顯變化的原因。

皮層誘發(fā)電位的結(jié)果則表明，不同的運動執(zhí)行控制策略能影響帕金森病患者言語運動調(diào)控的神經(jīng)活動。一方面，在內(nèi)部提示任務條件下，帕金森病患者面對言語基頻反饋擾動產(chǎn)生的N1幅度高于正常對照組。另一方面，與內(nèi)部提示任務相比，帕金森病患者在外部提示任務下的N1幅度明顯降低，并且與正常對照組無差異。考慮到N1成分主要反映言語產(chǎn)生中聽覺反饋信息的神經(jīng)編碼及其與發(fā)聲運動系統(tǒng)的整合過程[26-28]，上述結(jié)果說明帕金森病令言語產(chǎn)生中的聽覺感知與運動執(zhí)行過程受到損害，而外部提示信息的提供則提高了帕金森病患者言語反饋信息的神經(jīng)編碼及其與運動系統(tǒng)整合的能力，N1幅度的降低表明參與這一過程的神經(jīng)資源利用效率得到提高。這與言語感知訓練導致言語產(chǎn)生中言語反饋偏差引起的N1幅度降低發(fā)現(xiàn)相類似[26]。因此，該發(fā)現(xiàn)首次提供了基于外部提示信息的運動執(zhí)行策略改善帕金森病患者言語運動調(diào)控的皮層活動證據(jù)。

那么，為什么帕金森病患者在內(nèi)部和外部提示策略下的言語運動調(diào)控神經(jīng)活動會有差異呢？這可能與兩種策略下的運動執(zhí)行控制神經(jīng)網(wǎng)絡有關(guān)。有研究表明，內(nèi)部提示策略的運動控制主要與皮質(zhì)-基底節(jié)系統(tǒng)有關(guān)，而外部提示策略下的運動控制主要涉及皮質(zhì)-小腦系統(tǒng)[29-31]。皮質(zhì)-基底節(jié)系統(tǒng)在運動規(guī)劃和感覺運動整合中起主導作用，而皮質(zhì)-小腦系統(tǒng)則在運動對環(huán)境的適應過程中有重要作用[32]。小腦可通過易化運動皮層對外部提示的調(diào)控反應，使運動控制變得精細和協(xié)調(diào)[33]。帕金森病中腦黑質(zhì)的多巴胺能神經(jīng)元大量丟失，使基底節(jié)的多巴胺能神經(jīng)活動隨之減少，無法進行正確的運動規(guī)劃，進而導致皮質(zhì)-基底節(jié)系統(tǒng)的運動規(guī)劃和感覺運動整合功能異常。在言語運動調(diào)控的認知運動任務中，帕金森病患者就會表現(xiàn)出過度補償言語反饋偏差、聽覺和運動相關(guān)皮層活動過度活躍。而帕金森病皮質(zhì)-小腦系統(tǒng)相對完整，外部提示功能相對正常，通過對外源性引導信息的整合易化運動的起始和實時調(diào)控，可代償內(nèi)部提示功能障礙[33]，進而可能降低言語運動調(diào)控中大腦皮層活動的活躍度，提高聽覺與運動系統(tǒng)的整合能力。

另一種可能性則與帕金森病患者的運動自動化功能缺陷有關(guān)。許多運動的執(zhí)行過程由自動化運動和目標導向運動共同調(diào)控，兩者所占的權(quán)重因運動的性質(zhì)而異[34]。帕金森病中腦黑質(zhì)致密帶多巴胺能神經(jīng)元的丟失導致基底節(jié)的多巴胺能神經(jīng)網(wǎng)絡受損，其中最為顯著的是殼核后外側(cè)的纖維投射[35]，影響自動化運動的執(zhí)行和表達。由于基底節(jié)的喙部和中部多巴胺能纖維投射相對保留，目標導向運動功能相對完好。有研究表明，帕金森病患者通過練習把新學到的運動序列轉(zhuǎn)化為自動化運動后，扣帶運動區(qū)、背外側(cè)前額葉皮質(zhì)仍維持過度激活狀態(tài)[36]，皮層-皮層下的網(wǎng)絡卻未被激活[37]，提示帕金森病患者存在運動自動化功能障礙。因此，帕金森病患者在內(nèi)部提示引導的言語發(fā)聲運動中，運動自動化功能的障礙可能導致對聽覺反饋的過度依賴，令聲學補償行為過高和大腦皮層活動過強。而在外部提示引導的言語發(fā)聲運動中，帕金森病患者的運動執(zhí)行控制向目標導向運動轉(zhuǎn)化，利用外源性的感覺信息對運動進行有意識的主動調(diào)控，運動自動化障礙的影響降低，提高了聽覺與運動系統(tǒng)的整合效率，表現(xiàn)為N1幅度的降低。

綜上所述，本研究表明基于內(nèi)部提示和外部提示的運動執(zhí)行控制模式能夠影響帕金森病患者調(diào)控言語運動的神經(jīng)活動，外部提示策略能夠提高帕金森病患者整合聽覺反饋信息和發(fā)聲運動系統(tǒng)的神經(jīng)效率，這可能與參與內(nèi)部和外部提示運動執(zhí)行控制的神經(jīng)網(wǎng)絡和自動化運動與目標導向運動的控制差異有關(guān)。本研究為我們理解通過外部提示策略提高帕金森病患者的認知-運動行為的內(nèi)在機制提供了新的視角。