正常陣發(fā)性腦電事件相關(guān)信號(hào)特征分析

正常陣發(fā)性腦電事件相關(guān)信號(hào)特征分析

從神經(jīng)人類學(xué)和神經(jīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，人們對(duì)大腦的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)制有了深刻的理解，但對(duì)大腦高級(jí)思維活動(dòng)的理解仍然有限。例如，在認(rèn)知過(guò)程中，大腦電生理變化的電生理變化的理解是有限的。傳統(tǒng)的腦電圖（eg）只記錄和分析30hz以下的腦電圖，并對(duì)理解大鼠認(rèn)知活動(dòng)過(guò)程中的腦電圖變化規(guī)律沒(méi)有影響。Sheer(1985)等首先發(fā)現(xiàn)40Hz腦電活動(dòng)與人的思維、記憶過(guò)程和注意程度等認(rèn)知功能有密切聯(lián)系,短程、非周期性、窄帶(36~44Hz)、陣發(fā)性40Hz腦電事件相關(guān)信號(hào)可能是反映注意狀態(tài)的可靠標(biāo)志,陣發(fā)性40HzERP反映了集中喚起的水平,在對(duì)事物的認(rèn)知綜合中起著關(guān)鍵的作用,某些參數(shù)可以作為判斷認(rèn)知障礙和注意障礙的重要指標(biāo),因而在認(rèn)知科學(xué)和心理學(xué)領(lǐng)域中40HzERP的研究有可能成為一個(gè)突破性的窗口。目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究存在以下問(wèn)題:只描記分析單導(dǎo)腦電信號(hào),選擇數(shù)據(jù)段的標(biāo)準(zhǔn)差異較大,選擇的參數(shù)不同,選擇認(rèn)知任務(wù)的類型、難度和數(shù)量各不相同等,為了更好地了解正常人陣發(fā)性40HzERP與大腦認(rèn)知活動(dòng)之間的相關(guān)性,解決陣發(fā)性40HzERP研究中存在的以上問(wèn)題,本研究采集50例正常人在安靜狀態(tài)和思維狀態(tài)下,左右大腦半球8個(gè)區(qū)域的腦電信號(hào),分析不同狀態(tài)下陣發(fā)性40HzERP的出現(xiàn)水平。1研究對(duì)象和方法1.1研究對(duì)象50例研究對(duì)象來(lái)源于重慶醫(yī)科大學(xué)臨床學(xué)院神經(jīng)內(nèi)科住院病人的家屬及工作人員,年齡16~69歲,平均40.42±15.11,男女各25例,文化程度小學(xué)、初中和高中各10例,大學(xué)20例。50例研究對(duì)象均為右利手,無(wú)神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病,常規(guī)EEG正常,MMSE評(píng)分高于25分,其中26例作WAIS,評(píng)分高于90。1.2研究方法選用我們與南京偉思公司共同研制的高頻腦電圖(VEEG)特殊腦電前置放大器(截止頻率120Hz)與8導(dǎo)采樣板,每導(dǎo)采樣頻率1000Hz,使用單極導(dǎo)聯(lián),按標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際導(dǎo)聯(lián)10-20方法安放電極,分別記錄左右額(F1、F2)、顳(T3、T4)、頂(P1、P2)和枕(O1、O2)8個(gè)區(qū)域的腦電信號(hào),參考電極為雙耳垂。研究對(duì)象均在餐后1~2h內(nèi)進(jìn)行腦電信號(hào)采集。在采集腦電信號(hào)前向研究對(duì)象說(shuō)明檢查步驟、方法和注意事項(xiàng),采集時(shí),研究對(duì)象在屏蔽室內(nèi)放松坐于靠背椅上,每個(gè)研究對(duì)象均被采集以下6種狀態(tài)的腦電信號(hào):①安靜閉眼:要求被檢測(cè)者閉眼,不思考任何問(wèn)題。②安靜睜眼:研究對(duì)象睜眼,雙眼平視前方,不思考任何問(wèn)題。③定向力測(cè)試:研究對(duì)象閉眼,默答檢測(cè)者提出的有關(guān)定向力測(cè)試的問(wèn)題,共5個(gè)問(wèn)題,每題4s,共20s。④計(jì)算力測(cè)試:研究對(duì)象閉眼,連續(xù)默算100-7=?,要求持續(xù)計(jì)算20s。⑤視空間測(cè)試:研究對(duì)象睜眼,雙眼平視前方檢測(cè)者提供的圖片,默記圖片內(nèi)容,每套圖片上有4張圖,共3套圖片,第1套圖片出示時(shí)間6s,第2、3套圖片出示時(shí)間7s,共20s。⑥思維后安靜:研究對(duì)象閉眼,不思考任何問(wèn)題。3種安靜狀態(tài)采樣時(shí)間為1min,3種思維狀態(tài)采樣時(shí)間為20s,每個(gè)狀態(tài)采樣之間間隔時(shí)間為2min。采集的腦電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),使用重慶大學(xué)電工技術(shù)研究所研制的高頻腦電信號(hào)分析軟件,計(jì)算每個(gè)研究對(duì)象8個(gè)腦區(qū),3種安靜狀態(tài)的前20s和3種思維狀態(tài)20s內(nèi)陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的時(shí)間(T)、面積(A)和峰值(Amp)3個(gè)觀測(cè)指標(biāo)。T為20s內(nèi)每個(gè)短暫陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)時(shí)間的總和,單位為ms。Amp為陣發(fā)性40HzERP波峰的最高值,單位為μV。A為T(mén)與Amp的乘積。將所得全部資料數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),使用SAS軟件,進(jìn)行計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用方差分析、相關(guān)分析、SNK檢驗(yàn)(Student-NewmanKeulsTest)和配對(duì)t檢驗(yàn)。2實(shí)驗(yàn)分析3種安靜狀態(tài)下大腦陣發(fā)性40HzERP的3種參數(shù)均無(wú)明顯變化;思維狀態(tài)時(shí)大腦陣發(fā)性40HzERP參數(shù)T和A明顯高于安靜狀態(tài),視空間測(cè)試時(shí)陣發(fā)性40HzERP參數(shù)T和A又明顯高于定向力測(cè)試和計(jì)算力測(cè)試。參數(shù)Amp在視空間測(cè)試時(shí)與3種安靜狀態(tài)比較有顯著差異(P<0.05)。安靜睜眼和安靜閉眼時(shí)左側(cè)半球的陣發(fā)性40HzERP高于右側(cè)(P<0.05),參數(shù)T變化最明顯,參數(shù)A和Amp也存在左側(cè)高于右側(cè),但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。定向力測(cè)試和計(jì)算力測(cè)試時(shí),參數(shù)A、T和Amp均反映左側(cè)半球的陣發(fā)性40HzERP高于右側(cè),其中參數(shù)A和T有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);視空間測(cè)試時(shí),3種參數(shù)均為右側(cè)半球陣發(fā)性40HzERP高于左側(cè),參數(shù)A和T有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。不同研究對(duì)象其腦電信號(hào)的波幅及頻率不同,陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的時(shí)間、面積和波幅變化也十分明顯,因此不同研究對(duì)象之間陣發(fā)性40HzERP參數(shù)的絕對(duì)值比較意義不大,而研究對(duì)象思維狀態(tài)與安靜狀態(tài)比較,思維狀態(tài)時(shí)陣發(fā)性40HzERP增加的百分比能較好反映該研究對(duì)象認(rèn)知過(guò)程中陣發(fā)性40HzERP實(shí)際增加情況,不同研究對(duì)象思維活動(dòng)時(shí)陣發(fā)性40HzERP增加的百分比能較好反映其差異。從以上的分析結(jié)果可以看出陣發(fā)性40HzERP觀察指標(biāo)T比指標(biāo)A和Amp更為穩(wěn)定和敏感,因而選擇指標(biāo)T計(jì)算每個(gè)研究對(duì)象思維狀態(tài)時(shí),陣發(fā)性40HzERP增加的百分比。PTT為總40HzERP時(shí)間增加百分比,PLT為左側(cè)時(shí)間增加百分比,PRT為右側(cè)時(shí)間增加百分比。按年齡大小將50例研究對(duì)象分為兩組比較,小于50歲為一組(n=34),大于或等于50歲為另一組(n=16)。定向力測(cè)試時(shí)PTT、PLT和PRT均無(wú)年齡差異(P>0.05);計(jì)算力測(cè)試時(shí)年齡小于50歲組PTT和PLT明顯高于年齡大于或等于50歲組;視空間測(cè)試時(shí)年齡小于50歲組PLT與老年組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。3種認(rèn)知活動(dòng)僅在視空間測(cè)試時(shí)男性組的PRT明顯高于女性組,兩者比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。定向力測(cè)試時(shí)大學(xué)組PTT明顯高于其他三組(P<0.05),初中組和高中組也明顯高于小學(xué)組(P<0.05);計(jì)算力測(cè)試和視空間測(cè)試時(shí),大學(xué)組和高中組與小學(xué)組和初中組比較陣發(fā)性40HzERP(PTT)增加有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);思維狀態(tài)時(shí)陣發(fā)性40HzERPPTT與研究對(duì)象的MMSE和WAIS測(cè)驗(yàn)得分相關(guān)分析,關(guān)系系數(shù)分別為0.4067和0.6976,呈正相關(guān)(P<0.001),MMSE與WAIS得分也呈正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)0.6334,P<0.001)。3討論Sheer等(1985)提出40Hz腦電信號(hào)與人的高度警覺(jué)、精神集中狀態(tài)有關(guān),他把這種與人的高度警覺(jué)、思維狀態(tài)、記憶活動(dòng)等精神活動(dòng)有關(guān)的、短程、非周期性、窄帶(36~44Hz)、中心頻率為40Hz的陣發(fā)性腦電信號(hào)稱為40HzERP。成年人在積極思維或解決問(wèn)題時(shí)伴隨較為豐富的陣發(fā)性40HzERP。陣發(fā)性40HzERP產(chǎn)生的多少隨著待解決問(wèn)題的難易程度不同而不同。本研究結(jié)果表明:正常人在安靜睜眼及安靜閉眼時(shí),陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的時(shí)間、面積和峰值均明顯低于定向力測(cè)試、計(jì)算力測(cè)試和視空間測(cè)試3種思維狀態(tài)時(shí),而定向力測(cè)試及計(jì)算力測(cè)試時(shí)40HzERP出現(xiàn)時(shí)間、面積和峰值又低于視空間測(cè)試時(shí)的40HzERP,說(shuō)明隨著待解決問(wèn)題的難度增加,陣發(fā)性40HzERP的出現(xiàn)亦增加,研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道是一致的。MMSE和WAIS均為國(guó)內(nèi)外目前評(píng)價(jià)智力水平較為常用的神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試量表,MMSE簡(jiǎn)單易行,但是敏感性不高,可以作為大樣本測(cè)試時(shí)篩選用。WAIS準(zhǔn)確與敏感性高,但費(fèi)時(shí)間,有時(shí)被測(cè)試者難以完成。本研究表明,正常人在思維時(shí)40HzERP明顯增加,40HzERP增加幅度與MMSE和WAIS得分呈正相關(guān),即研究對(duì)象的MMSE和WAIS得分越高,則40HzERP增加幅度越高,進(jìn)一步證實(shí)40HzERP與認(rèn)知功能密切相關(guān),40HzERP可作為判斷認(rèn)知功能水平的可靠指標(biāo)。自Sheer提出陣發(fā)性40HzERP理論以來(lái),國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究陣發(fā)性40HzERP的檢測(cè)方法和觀察參數(shù)有多種。目前觀察參數(shù)有40HzERP發(fā)放率、發(fā)放平均持續(xù)時(shí)間、發(fā)放次數(shù)和峰值等。文中采用一定時(shí)間內(nèi)陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的T、A和Amp3種參數(shù)進(jìn)行觀察,從研究結(jié)果可以看出:參數(shù)T最穩(wěn)定和敏感;參數(shù)A受參數(shù)T和Amp的影響,也較為穩(wěn)定,其敏感性不如參數(shù)T,參數(shù)Amp受研究對(duì)象腦電波幅大小的影響,不同的研究對(duì)象,其腦電波幅大小的差異較大,思維活動(dòng)時(shí),波幅增加的幅度變化不大,故參數(shù)Amp不如參數(shù)T和A敏感。從神經(jīng)病理學(xué)觀點(diǎn)上看,正常情況下人類腦的重量在出生后3年內(nèi)增長(zhǎng)4倍,一直到18歲左右才停止增加。人類在青少年時(shí)期認(rèn)知功能隨著年齡的增加而提高,到了中老年以后某些認(rèn)知功能隨著年齡的增加而減退。該研究發(fā)現(xiàn):正常成年人的定向力測(cè)試不受年齡因素的影響,在計(jì)算力和視空間測(cè)試時(shí),年齡小于50歲組40HzERP增加幅度明顯高于年齡大于或等于50歲組,即40HzERP增加幅度與年齡呈負(fù)相關(guān),年齡越大40HzERP增加幅度越小,其他智力量表測(cè)試結(jié)果也表明,在老年人智商得分與年齡呈負(fù)相關(guān)。定向力和計(jì)算力測(cè)試時(shí),40HzERP增加幅度在男女性別之間無(wú)顯著性差異,但是在視空間測(cè)試時(shí),男性組右側(cè)大腦半球的40HzERP增加明顯高于女性組。本組研究對(duì)象男性在視空間測(cè)試時(shí),右側(cè)大腦半球的活動(dòng)較女性組活躍,其真正原因尚待進(jìn)一步觀察。定向力測(cè)試時(shí),大學(xué)組40HzERP增加幅度明顯高于其他各組,初中組和高中組40HzERP增加幅度又明顯高于小學(xué)組;計(jì)算力和視空間測(cè)試時(shí),大學(xué)組和高中組的40HzERP增加幅度明顯高于初中組和小學(xué)組。研究結(jié)果提示陣發(fā)性40HzERP可作為判斷認(rèn)知功能水平的較為可靠指標(biāo),在評(píng)價(jià)個(gè)體陣發(fā)性40HzERP水平的病理意義時(shí),則要參考相應(yīng)文化程度對(duì)照者的水平。人類大腦兩半球在生物進(jìn)化過(guò)程中隨著勞動(dòng)及使用工具而有了分工,機(jī)能向一側(cè)化發(fā)展,而言語(yǔ)功能的一側(cè)化被稱為言語(yǔ)優(yōu)勢(shì)半球或優(yōu)勢(shì)半球,90%以上人是用右手作精細(xì)勞動(dòng)操作的,他們中絕大多數(shù)的言語(yǔ)優(yōu)勢(shì)半球在左半球,而他們的體象中樞則位于右半球中。左側(cè)大腦半球在言語(yǔ)、邏輯思維、分析能力以及計(jì)算等方面起決定作用;右側(cè)大腦半球有高級(jí)的認(rèn)知中樞,主要在音樂(lè)、美術(shù)、綜合能力、空間和形狀的識(shí)別、短期的視覺(jué)記憶和認(rèn)識(shí)不同人的面容等方面起決定作用。本組研究對(duì)象均為右利手,則優(yōu)勢(shì)半球?yàn)樽髠?cè)大腦半球,在安靜狀態(tài)時(shí),左側(cè)大腦半球的陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的時(shí)間多于右側(cè)大腦半球,提示左側(cè)大腦半球陣發(fā)性40HzERP占優(yōu)勢(shì),在定向力測(cè)試和計(jì)算力測(cè)試時(shí)左側(cè)大腦半球的陣發(fā)性40HzERP明顯高于右側(cè)大腦半球,提示定向力測(cè)試和計(jì)算力測(cè)試時(shí)左側(cè)大腦半球的活動(dòng)更為活躍。視空間測(cè)試時(shí)右側(cè)大腦半球的陣發(fā)性40HzERP明顯高于左側(cè)大腦半球,提示右側(cè)大腦半球的活動(dòng)較左側(cè)大腦半球活躍。研究結(jié)果表明陣發(fā)性40HzERP的研究與神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的研究高度一致,提示陣發(fā)性40HzERP可作為反映人的認(rèn)知功能較為可靠指標(biāo)。4結(jié)論40HzERP受被測(cè)試者年齡、性別、文化程度和智力水平等諸多方面因素的影響,在成年人,隨著解決問(wèn)題的難易程度不同,陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)的多少亦不同,解決的問(wèn)題越難,則40HzERP出現(xiàn)越多,反之,解決的問(wèn)題越簡(jiǎn)單則陣發(fā)性40HzERP出現(xiàn)越少。左右大腦半球