偏侧化预备电位研究述评

郭志平 ，李安民 ，李正中

(1.上海体育学院 运动科学学院，上海 200438;2.湖北师范学院 体育学院，湖北 黄石 435002)

偏侧化预备电位研究述评

郭志平1,2，李安民1，李正中2

(1.上海体育学院 运动科学学院，上海 200438;2.湖北师范学院 体育学院，湖北 黄石 435002)

偏侧化预备电位(Lateralized readiness potential, LRP)是与运动准备相关的一个脑电成分，基于运动肢体对侧大脑皮层的预备电位波幅高于同侧的特点而获得。LRP作为反应准备的在线测量方法，获得并准确检测其出现是关键，而了解其特点及影响因素是恰当运用该方法的保证。未来研究应着力于提高LRP的效度，将LRP与其它测量方法相结合。

偏侧化预备电位；认知；运动准备；抑制控制；运动表象

人类需要进行各种运动以应对内外环境的变化，但是有关外显运动出现前大脑认知系统是如何加工和组织运动信息的，对此，我们无法通过直接观察获得。心理生理学测量，特别是事件相关电位(event related potentials，ERP)，作为心理事件和生理事件的标志，成为了解人类思想和大脑的一个窗口[1]。而与运动动作的准备和执行密切相关的一个ERP成分，偏侧化预备电位(Lateralized readiness potentials，LRP)，则为我们了解外显运动开始前大脑对运动的加工和组织过程打开了一扇窗。

LRP的最大优势在于能够揭示潜在的认知加工的时间特性，特别是在有关运动准备与反应选择上体现得更为明显。因此，自LRP被发现以来，已经在主流认知心理学的各个领域得到了广泛的研究和应用。研究者通过设置一些实验条件，利用LRP的时程、波幅以及极性等参数，能清楚地了解心理加工阶段和时程特点。系统地梳理有关LRP本身的研究，对我们充分了解LRP并恰当地运用LRP来揭示运动相关加工过程以及整个大脑活动都具有重要的启示意义。

1 获得与出现检测方法

人们普遍认为，LRP提供了反应准备或反应激活的在线测量方法。但是，由于脑电图描记器(electroencephalograph，EEG)信号的低信噪比，要准确获得LRP并确定LRP的出现(onset)很困难[4]。

传统的LRP获得方法是采用平均法从EEG信号中提取[1]，但是该方法受到EEG信噪比的影响较大，因此，研究者们尝试采用其它方法来获得LRP。如果能够为LRP提供一个single-trial波模型，将有助于获得更真实的LRP。Mordkoff和 Gianaros[3]采用了single-trial LRP的人工模型(如方波和正玄波)，但是他们的主要兴趣在于评价记录LRP出现潜伏期的不同方法，并没有正式评价模拟的LRP与真实LRP的拟合度。2010年，Stahl等人[5]首次采用 方程进行single-trial的 LRP建模，发现所建模型对刺激锁时和反应锁时平均都能产生真实的平均波。该结果或许使得通过trial-by-trial波来提取LRP成为可能。除了用数学方程为single-trial波建模，最近有研究者基于功能数据分析技术来提取LRP[6]。该方法将EEG数据作为功能数据，把每个trial的纵向信息(时间序列数据)与某个固定时间点的所有trials的横向信息(横向数据)结合在一起来获取LRP。结果发现基于功能数据分析的LRP比传统的基于平均的LRP要更接近真实的LRP，而且在trials减少的情况下更稳健。此外，在不同LRP出现检测方法中，基于功能数据分析的LRP出现要比基于平均的LRP更精确。

为了准确地检测LRP的出现，研究者设计了各种方法，其中应用较广的主要有3类：基于特定标准的方法、基线偏差方法和基于回归的方法[7]。对于这些方法能否准确地检测LRP的出现，确定出现标准的计算方法是关键。1998年，Miller等人[4]首次检验了jackknife-based方法在评估LRP出现潜伏期上的差异。他们发现，尽管该方法在不同被试潜伏期不同时会导致平均LRP出现偏差，但是当所有潜伏期偏差大致相同时，不同条件下的统计比较不受该偏差的影响。研究者认为jackknife-based方法提供了多数实验条件下LRP出现潜伏期变异的精确评估，可同时用于S-LRP和LRP-R分析。而对各种方法的比较研究表明，基于回归的方法在分析S-LRP和LRP-R数据时是最准确和可靠的[3]。

2 影响因素

获得LRP的经典实验范式是S1-S2-R范式。因此，预备信号的内容及有效性、预备信号与命令信号的时间间隔以及反应特征等都可能是LRP的潜在影响因素。Masaki等人[8]提出，LRP开始于反应手的选择后和动作编程开始以前。反应选择阶段的参数只影响S-LRP间隔；运动学参数在动作编程阶段具体化，对LRP的持续时间和振幅均起作用。

研究表明，预备信号的内容及有效性影响LRP的波幅、出现时间和极性。Ulrich等人探讨了预备信号携带的信息维度(反应力量和运动方向)对LRP波幅的影响。实验要求被试用两种不同水平的力完成一个左手或右手食指的伸屈动作。在命令信号呈现之前给被试提供四种不同的前置线索信息：手、手+动作方向、手+力的大小以及手+方向+力的大小，即动作参数的信息从部分到全部。结果发现，任何部分线索信息均不能提高LRP的波幅，只有在所有线索信息都呈现的情景下LRP波幅才会有明显的增加。随后有研究者考察了反应力量和运动方向预备信号对LRP出现时间的影响，发现有预备信号比无预备信号的S-LRP间隔要小得多，但是LRP-R间隔不受反应力量预备信号的影响[9]。此外，预备信号的有效性会影响LRP的极性。当预备信号有效时，LRP显示出预备阶段正确反应的启动(负波)；当预备信号无效时，被试启动了错误反应(正波)；在中性条件下，没有启动。这些变化说明预备信号的有效性对LRP的极性产生了影响[10]。

1995年，Steven等人探讨了预备信号与命令信号的时间间隔对LRP的影响。他们运用go/no-go实验范式，采取了0ms、100ms、300ms和1400ms四种时间间隔。结果发现，长时间间隔的LRP波幅大于短时间间隔的LRP波幅，而且前者的LRP出现时间比后者早。

关于反应特征对LRP的影响研究主要探讨了反应复杂性、速度-准确性要求的影响。复杂运动的LRP波幅比简单运动的大，时间压力上升时LRP波幅提高，速度任务比准确性任务有更大的LRP，力量变化速度越大，LRP的波幅也越大[11]。此外，反应的力量变化速度影响LRP的反应潜伏期[8]。

值得注意的是，关于LRP波幅存在一个“Gratton's Rule”，即不管反应速度、准确率、数据窗口以及实验条件如何，LRP的波幅在外显反应开始的时刻(肌电出现)是不变的[12]。这种不变性表明中央运动命令只有在两手的中央激活水平差异达到一定水平或阈限时才会发出。LRP的该特性可被很好地用于区分运动认知加工阶段。

3 未来研究展望

LRP作为反应准备或反应激活的一种在线测量方法[1]，其效度对研究结果的准确性至关重要。自发现LRP以来的四十多年中，研究者们尝试了从各个方面来验证和提高其效度，并获得了一定的突破。

传统的LRP提取方法是从EEG信号中采用平均方法获得[1]，因此，LRP不可避免地受到EEG信号低信噪比缺陷的影响。不难发现，提高EEG信号的信噪比能够提高LRP的效度，但是该方法受到目前科学技术水平和实验条件的极大限制。在现有的条件下，能否另辟蹊径，找到更有效的方法呢？研究者们尝试了采用校正EEG信号提取LRP[13]、用Γ方程为single-trial的LRP波建模[5]以及运用基于功能数据分析技术提取LRP[6]。但是，上述三种方法都是新的尝试，还没有获得足够的效度证据支持。因此，未来研究需要加强此方面的研究，不仅仅是为已有研究提供证据，也需要进一步开发新的更有效的LRP提取方法。

在使用LRP进行研究时，准确检测LRP的出现是一大难题。目前，对于LRP出现的检测，主要有基于特定标准的方法、基线偏差方法和基于回归的方法[7]。面对这些方法，我们如何进行选择呢？到目前为止，只有一项研究对此问题进行了较为全面的探讨[3]。研究者指出，如果要分析S-LRP数据，采用基于回归的方法较好；如果要分析LRP-R数据，推荐使用基于回归的方法结合JK50%的技术；如果要评估刺激或反应锁时效应的大小，或者需要在单一条件下识别LRP的出现，则使用单被试1DF技术来分析刺激锁时数据，使用JK1DF技术来分析反应锁时数据；如果研究者需要所有类型分析的建议，则建议使用单被试1DF技术。尽管该研究为我们的选择提供了参考，但是对于这些建议的正确性，有待进一步研究的检验。

除了上述几个方面外，对LRP本身特点的验证和探讨无疑有助于提高其有效性。首先，对LRP-R的分析大多是基于LRP波幅的“Gratton's Rule”，即LRP波幅在外显反应出现时是固定的。尽管大多研究者都支持“Gratton's Rule”，但也有研究者认为并非如此[14〗。因此，未来研究需要考虑解决此争议，为合理地解释LRP-R数据提供有力地支持。其次，已有研究探讨了反应力量和运动方向提示线索、预备信号与命令信号的时间间隔、反应复杂性、速度-准确性要求、反应的力量变化速度等因素对LRP波幅、极性以及潜伏期等方面的影响，但是，研究结论并不统一。因此，未来研究一方面需要进一步探讨各因素对LRP本身的影响，以期得出更为一致的结论，另一方面需要探讨其它可能影响LRP波的因素，例如刺激呈现方式、任务类型等，以获得对LRP更全面的了解。

总之，当我们对脑电测量与大脑功能的关系更清楚时，我们便能更准确地推断认知任务中的大脑加工过程。反过来，正如生理心理学家所言的那样，这对认知神经科学将是一大贡献。因为心理生理学在心理学和生理学中的位置，它将在认知神经科学的发展中起到关键的作用[1]。而LRP作为一种心理生理学测量方法，为我们深入理解人类大脑和行为的关系开启了一扇门！因此，我们今后努力的可能方向是，进入这扇门并综合运用其它科学技术手段和测量方法，进一步揭示人类大脑和行为的奥秘。

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Keywords: LRP; cognition; movement preparation; inhibition control; movement imagery

Areviewonlateralizedreadinesspotential

GUO Zhi-ping1,2,LI An-ming1,LI Zheng-zhong2

(1.School of Sport Science,Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China;2.College of Physical Education,Hubei Normal University,Huangshi 435002,China)

Lateralized readiness potential (LRP) refers to negative lateralized readiness potential which occurs to the cerebral cortex contra-lateral to the response effectors. The crux of LRP analysis is to find the appropriate "onset" time and the guarantee of using LRP in appropriate way is to understand its character and affect factors. Limitations of the current literature are also addressed, and future areas of inquiry are suggested.

2013—10—12

上海体育学院一流学科建设(心理学)开放基金项目(XL2012007)

郭志平(1979— )，湖北恩施人，博士研究生，研究方向为运动人体科学.

G804.3

A

1009-2714(2014)03- 0016- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.03.004