王 坤 崔維棋 李國(guó)珍 陳昭燃

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系 高級(jí)腦功能研究中心，北京 100069)

過(guò)去的幾十年中，在臨床和實(shí)驗(yàn)控制條件下，腦電技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大腦的研究。在人的頭皮，可以記錄到自發(fā)腦電(electroencephalography)，大多數(shù)健康成年人的腦電以α波(8～13 Hz)為主，在無(wú)任務(wù)清醒閉眼狀態(tài)(即靜息狀態(tài))時(shí)幅度最高，主要分布在頂枕區(qū);而睜眼后幅度會(huì)有一定的降低［1-2］。有實(shí)驗(yàn)［3］顯示，在靜息狀態(tài)下，分別對(duì)被試者清醒閉眼和睜眼的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)閉眼狀態(tài)下全腦α波的平均功率比睜眼狀態(tài)下強(qiáng)。在七波段(Delta，Theta，Alpha-1，Alpha-2，Beta-1，Beta-2，Gamma)的任意波段，區(qū)別都很明顯［4］。結(jié)果證實(shí)了使用α波平均功率水平作為衡量靜息狀態(tài)下睜眼閉眼狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)［5-6］。

一項(xiàng)以鴿子為研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)［7］顯示單側(cè)眼睛的關(guān)閉和大腦兩半球不對(duì)稱之間存在關(guān)聯(lián)。對(duì)于一個(gè)已知的大腦半球，對(duì)側(cè)眼睛閉合的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)化的2～4 Hz腦電圖能量比眼睛睜開(kāi)時(shí)更大。而單側(cè)外界光線刺激引起的對(duì)側(cè)大腦半球及視覺(jué)皮質(zhì)的變化，經(jīng)過(guò)視交叉?zhèn)魅?，胼胝體整合兩邊的頭腦反應(yīng)是否是一種持續(xù)性變化從而引起兩側(cè)EEG圖譜一致?或者僅僅是一種短暫刺激輸入，引起EEG區(qū)域能量圖存在區(qū)別?相關(guān)的研究報(bào)道很少。

有研究［8］證實(shí)，在視覺(jué)輸入時(shí)使α波活性增加的量減少的主要變量因素可能是通過(guò)閉眼或熄滅光線。本研究的重點(diǎn)是通過(guò)分析EEG數(shù)據(jù)，在15個(gè)受試者清醒靜息的狀態(tài)，當(dāng)受試者分別睜開(kāi)和閉合單側(cè)的眼睛(另一側(cè)遮蔽，眼睛保持睜開(kāi)狀態(tài))時(shí)，計(jì)算128-channel全波段平均波動(dòng)的能量，并比較全腦能量的差異。進(jìn)一步利用Two Way RM ANOVA得到單側(cè)閉眼與睜眼兩種情況下差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的波段，以此探討在單側(cè)閉眼與睜眼狀態(tài)下大腦七波段活動(dòng)的差異。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

本試驗(yàn)通過(guò)校園廣告招募本校大學(xué)生15名，均為男性，年齡在19～27歲，平均年齡24歲。受試者要求:經(jīng)中文版愛(ài)丁堡左右利手量表測(cè)量均為右利手。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前每位受試者需要認(rèn)真填寫特質(zhì)焦慮量表、狀態(tài)焦慮量表、自我效能量表和簡(jiǎn)明恐懼量表以確保每位受試者的心理狀態(tài)均在正常值范圍內(nèi)。排除精神疾病、神經(jīng)病史及手臂手指外傷手術(shù)史。視力正?；蛐Ｕ琳?。近期內(nèi)未用任何精神類藥物。本試驗(yàn)經(jīng)過(guò)首都醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，符合赫爾辛基宣言的精神。實(shí)驗(yàn)在首都醫(yī)科大學(xué)高級(jí)腦功能研究中心完成，實(shí)驗(yàn)前每位受試者都自愿簽署知情同意書。

1.2 方法

1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

荷蘭ANT公司生產(chǎn)的腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，ASA數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，Sigma Stat version 3.5軟件系統(tǒng)，單側(cè)遮蔽的眼鏡等。

2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

EEG采集:實(shí)驗(yàn)采用荷蘭ANT公司生產(chǎn)的128導(dǎo)腦電信號(hào)采集系統(tǒng)，采樣頻率為256 Hz。參考電極取雙耳連接，頭皮電阻小于5 kQ，并同時(shí)記錄水平眼電和垂直眼電。實(shí)驗(yàn)包括兩部分:① 在一個(gè)安靜的房間中，要求受試者保持安靜、閉眼、放松的狀態(tài)坐在舒適的椅子上，盡量不移動(dòng)頭部，以減少頭動(dòng)和身體移動(dòng)對(duì)腦電信號(hào)的影響;② 在受試者靜息狀態(tài)時(shí)，分別在單側(cè)眼閉眼和睜眼時(shí)(左開(kāi)/左閉，右開(kāi)/右閉)分別記錄2 min EEG(遮蔽的眼睛保持睜眼狀態(tài)，但光刺激被阻斷)(圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受試者單側(cè)睜眼閉眼Fig.1 In the process of experiment，participants unilateral eyes-open and eyes-closed

EEG數(shù)據(jù)處理:完成連續(xù)記錄EEG后離線(offline)處理數(shù)據(jù)。用ASA軟件矯正DC飄移，0.01 Hz～100 Hz低通濾波，50 Hz市電干擾，去眨眼、頭動(dòng)等偽跡，因眼電偽跡和其他偽跡產(chǎn)生的振幅在±80 μV2之外的在疊加中被自動(dòng)剔除。在去除眼電干擾及偽跡之后，EEG時(shí)間窗為2 s，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)快速傅里葉轉(zhuǎn)換FFT，從而獲得每個(gè)電極點(diǎn)7個(gè)波段腦電能量μV2，其中七波段腦電波包括 Delta(0.5 ～3.5 Hz)，Theta(4 ～7 Hz)，Alpha-1(7.5 ～9.5 Hz)，Alpha-2(10 ～12 Hz)，Beta-1(13～23 Hz)，Beta-2(24～34 Hz)和 Gamma(35 ～45 Hz)［2］。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

全部資料均采用SigmaStat Version 3.5軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)資料用Two Way RM ANOVA統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

分別記錄受試者在單側(cè)閉眼和睜眼時(shí)2 min腦電信號(hào)，經(jīng)過(guò)離線分析處理，快速傅里葉轉(zhuǎn)換，結(jié)果在七波段腦電圖波幅地形圖上顯示，閉眼和睜眼時(shí)相比，主要在Alpha-1和Alpha-2存在明顯的差別(Alpha-1，P=0.038;圖 2;Alpha-2，P=0.02 圖 3);單側(cè)睜眼閉眼，波幅差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義〔Alpha-1(P=0.502)和Alpha-2(P=0.984)〕，其他波段差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

圖2 Alpha-1波圖譜及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Fig.2 Alpha-1 bandchart and statistic analysis result

圖3 Alpha-2波圖譜及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Fig.3 Alpha-2 bandchart and statistic analysis result

3 討論

本課題組研究了15個(gè)健康的年輕男性在單側(cè)眼睛睜開(kāi)和閉合時(shí)的腦電圖譜的差異。以往的研究［3-6］中，注意力主要在于兩側(cè)的眼睛接受任務(wù)刺激時(shí)大腦全波段能量的改變，而很少關(guān)注單側(cè)眼睛接受刺激時(shí)的變化。本實(shí)驗(yàn)研究了受試者在靜息狀態(tài)下單側(cè)眼睜開(kāi)和閉合時(shí)，大腦七波段腦電能量的變化。在靜息的條件下，正常健康人閉上眼睛時(shí)，腦電活動(dòng)中α波的活動(dòng)扮演了重要的角色，視覺(jué)刺激抑制其活動(dòng)。后來(lái)的研究［9］也指出，當(dāng)受試者睜眼時(shí)，α波活動(dòng)降低最為顯著，盡管這種聯(lián)系的潛在機(jī)制尚不清楚。有研究［10］顯示左側(cè)額葉α波活動(dòng)強(qiáng)度比右側(cè)額葉α波活動(dòng)強(qiáng)度小，表明左側(cè)額葉比右側(cè)額葉活動(dòng)更強(qiáng)烈。而有研究［11］也表明由睜眼閉眼引起的額葉α波事件相關(guān)同步性轉(zhuǎn)變，或許是一種老年癡呆癥患者的早期腦磁圖變化，它很可能是代表疾病生理狀態(tài)的標(biāo)志。因此近年來(lái)對(duì)于α波課題的研究越來(lái)越多。但是α波本身不是很持續(xù)穩(wěn)定的，強(qiáng)弱不一，而且α波易受情緒、年齡等因素的影響而變化。本研究把注意力集中到大腦七波段EEG地形圖的變化上，結(jié)果表明，閉眼情況下α波功率顯著高于睜眼，比較七波段(包括Alpha-1，Alpha-2)單側(cè)眼睛睜閉時(shí)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證明單側(cè)外界光線刺激引起的對(duì)側(cè)大腦半球及視覺(jué)皮質(zhì)的變化，經(jīng)過(guò)視交叉(optic chiasm)傳入，胼胝體(corpus callosum)整合兩邊的頭腦反應(yīng)是一種持續(xù)性變化，兩側(cè)半球七波段EEG變化一致，而非僅僅是一種短暫的信號(hào)傳入對(duì)側(cè)的視覺(jué)腦區(qū)，而單側(cè)眼睛睜閉時(shí)，或者同一只眼睛接受的光刺激會(huì)同時(shí)向兩側(cè)視覺(jué)皮質(zhì)有所投射，所以即使不通過(guò)胼胝體，也可能出現(xiàn)本研究所觀察到的現(xiàn)象，分析單側(cè)腦半球Alpha波(包括Alpha-1，Alpha-2)的差異性時(shí)，提示出現(xiàn)了明顯的差異。

表1 單側(cè)睜眼閉眼條件下，大腦7波段EEG能量統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

表1 單側(cè)睜眼閉眼條件下，大腦7波段EEG能量統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

EEG:electroencephalogram;L-EO:left eye open;L-EC:left eye closed;R-EO:right eye open;R-EC:right eye closed.

Spectral regional L-EO L-EC R-EO R-EC Delta 43.981 ±12.68 36.469 ±7.40 31.277 ±5.344 49.264 ±10.597 Theta 3.731 ±0.612 3.581 ±0.389 3.101 ±0.262 3.532 ±0.397 Alpha-1 1.704 ±0.344 3.396 ±1.074 2.133 ±0.73 4.362 ±1.376 Alpha-2 3.753 ±1.481 11.616 ±3.02 4.681 ±2.501 12.512 ±3.936 Beta-1 3.486 ±0.736 4.878 ±0.936 3.883 ±0.856 4.119 ±0.829 Beta-2 2.499 ±0.581 2.741 ±0.826 2.739 ±0.658 1.769 ±0.464 Gama 2.129 ±0.479 2.667 ±0.851 3.05 ±0.836 1.638 ±0.525

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