柯莎，廖波，楊飛，王寅旭

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，1.神經(jīng)內(nèi)科，2.泌尿外科，四川 南充 637000)

人體頭皮表面描記的腦電圖(EEG)主要成分是大腦皮層錐體細(xì)胞頂樹突電現(xiàn)象的總和，可反映大腦皮層功能狀態(tài)。從1929年Hans Bergerd首次記錄下并正確描述人的腦電活動(dòng)以來[1]，腦電信號(hào)分析法不斷發(fā)展，隨著非線性動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，越來越多的研究采用非線性腦電分析去探索人體不同狀態(tài)下的大腦皮層功能情況[2]，但鮮有研究報(bào)道健康人群的腦電非線性特點(diǎn)。因此，本實(shí)驗(yàn)擬觀察不同年齡階段成年健康人群的腦電非線性參數(shù)變化，以期為大腦皮層功能的相關(guān)研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年9月至2020年10月納入川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院實(shí)習(xí)學(xué)生、工作人員、退休人員、神經(jīng)內(nèi)科住院患者家屬及體檢人群為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡18 ～89歲，其中青年組18～44歲，中年組45～59歲，年青老年組60～74歲，老年組75～89歲[3]；(2)年度體格檢查健康；(3)無認(rèn)知功能障礙，簡(jiǎn)易智力狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination，MMSE)評(píng)分[4]及福州版MoCA[5]均達(dá)相應(yīng)正常標(biāo)準(zhǔn)；(4)腦電信號(hào)采集前1個(gè)月之內(nèi)未服用影響大腦皮層功能的藥物，采集前1周內(nèi)無感冒頭痛病史，采集前1周睡眠良好；(5)右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：既往神經(jīng)精神疾病史，包括失眠患者也排除在外。分組情況：(1)青年組年齡18～44歲，平均(26±7)歲，均為大專及以上文化程度，共38人；(2)中年組年齡45～58歲，平均(51±4)歲，其中高中及中專文化水平23人，大專及以上文化水平18人；(3)年輕老年組年齡 60～74歲，平均(65±4)歲，其中大專及以上文化程度15人，高中及中專文化程度20人，初中文化程度4人；(4)老年組年齡 75～85歲，平均(80±3)歲，其中大專及以上文化程度17人，高中及中專文化程度15人，初中文化程度8人。四組研究對(duì)象的性別比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

1.2 檢測(cè)儀器與電極安置

腦電放大器采用四川智能電子實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)的ZN16E型無線高頻腦電信號(hào)放大器。放大器通頻帶為0.3～100 Hz，采樣率為500 Hz，模/數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)12位，使用該公司配套聯(lián)想便攜式計(jì)算機(jī)、配套銀質(zhì)盤狀電極及導(dǎo)電膏作為腦電信號(hào)采集和記錄設(shè)備。腦電信號(hào)的采集按照國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)10～20系統(tǒng)在受試者頭皮上安置電極，奇數(shù)代表左側(cè)，偶數(shù)表示右側(cè)，參考電極為左右耳垂，導(dǎo)聯(lián)位置、名稱與代號(hào)。見表1。

表1 部位、導(dǎo)聯(lián)名稱、代號(hào)、電極標(biāo)號(hào)

1.3 檢測(cè)方法

于2019年11月至2021年2月進(jìn)行原始腦電采集，所有受試者均知情同意，檢查前24 h禁食影響腦電活動(dòng)的藥物及食物，采集前正常進(jìn)餐。

檢查在安靜的屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，關(guān)閉房?jī)?nèi)電設(shè)備，為避免來自采樣電路和記錄設(shè)備中的工頻干擾，采集中全程開啟陷波(高性能50 Hz陷波器)，以濾除工頻干擾。使用一次性酒精棉球?qū)颊哳^皮進(jìn)行兩次脫脂清潔后進(jìn)行EEG波形觀察及原始腦電信號(hào)采集，每一名對(duì)象的腦電波形觀察時(shí)間均為30 min。

常規(guī)腦電分析(線性)：參照Hockzday標(biāo)準(zhǔn)EEG5級(jí)分類法[6](為便于分析稍作改動(dòng))：Ⅰ級(jí)：規(guī)律α節(jié)律伴少量θ波，有反應(yīng)性，或伴δ波；Ⅱ級(jí)：以θ節(jié)律為主，或伴少量α、δ波；Ⅲ級(jí)：以δ節(jié)律為主，或伴少量θ波；Ⅳ級(jí)：以β節(jié)律為主，或伴少量δ、θ波；Ⅴ級(jí)：彌漫性δ波，間隔著平坦腦波(即暴發(fā)—抑制波交替出現(xiàn))。

非線性腦電分析：所有采集的原始腦電信號(hào)均統(tǒng)一使用80 Hz高頻濾波，主要為衰減肌電，并因個(gè)體因素可取小于1 Hz的低頻濾波，主要為衰減偽差，但為防止有效數(shù)據(jù)的丟失，需謹(jǐn)慎使用低頻濾波，本研究?jī)H在2個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)腦電技師都確定為偽差時(shí)，才使用恰當(dāng)?shù)牡皖l濾波。選取所標(biāo)記10 min波段中波形平穩(wěn)、偽差少的60 s進(jìn)行腦電非線性分析，每種參數(shù)取各導(dǎo)聯(lián)的平均值進(jìn)行分析，由于受試者兩額極易受眼動(dòng)影響，因此本實(shí)驗(yàn)中的平均值是指除去兩額極外的平均值，選取所標(biāo)記10 min波段中波形平穩(wěn)、偽差少的60 s進(jìn)行分析，選擇參數(shù)為復(fù)雜度(complexity， Cx)和近似熵(approximate entropy，ApEn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)腦電分析

四組人群的常規(guī)腦電分級(jí)構(gòu)成比比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 不同年齡階段健康成年人群的常規(guī)腦電分析[n(%)]

2.2 非線性腦電分析

對(duì)所采集的腦電信號(hào)進(jìn)行非線性分析結(jié)果為：青年、中年、年輕老年和老年組Cx最小值分別為0.39、0.39、0.35、0.28，Cx最大值分別為0.62、0.63、0.62、0.51；青年、中年、年輕老年和老年組ApEn最小值分別為0.71、0.71、0.70、0.54；ApEn最大分別為1.02、1.13、1.10、0.89，四組受試者的Cx和ApEn的全腦區(qū)及各腦區(qū)之間的平均數(shù)值見表3。為排除簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)平均化可能掩蓋腦電信號(hào)在不同腦區(qū)的差異性，故同時(shí)比較四組受試者全腦區(qū)的Cx 和ApEn均值以及不同腦區(qū)間Cx和ApEn值的差異性。老年組的Cx和ApEn值與其它三組兩兩比較，在全腦平均值和各腦區(qū)之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，而其余三組兩兩相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。見表4及表5。

表3 不同年齡階段健康成年人群的全腦平均Cx和ApEn值

表4 不同年齡階段健康成年人群的各腦區(qū)Cx值

表5 不同年齡階段健康成年人群的各腦區(qū)ApEn值

3 討論

腦電信號(hào)是由非線性耦連、交互作用的神經(jīng)細(xì)胞群產(chǎn)生，其本質(zhì)上是一個(gè)非線性確定性過程，不僅整個(gè)大腦表現(xiàn)出非線性，即便單個(gè)神經(jīng)元也存在著閾值和飽和現(xiàn)象而表現(xiàn)出非線性[7]，并且腦電信號(hào)所提供的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能信息僅依賴線性分析(例如常規(guī)EEG的頻譜分析技術(shù))是無法獲得的[8]。本研究采用常規(guī)線性及非線性分析兩種方法對(duì)不同年齡階段的健康成年人群進(jìn)行腦電信號(hào)分析，結(jié)果顯示，使用常規(guī)的線性腦電分析法，四組受試者的腦電信號(hào)兩兩對(duì)比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但是，當(dāng)本研究將腦電信號(hào)進(jìn)行非線性分析后，發(fā)現(xiàn)老年人群和其他三組受試者的腦電信號(hào)無論是全腦平均還是各個(gè)腦區(qū)均有顯著性差異，可見非線性腦電分析對(duì)皮層功能狀態(tài)的變化的捕捉更精準(zhǔn)。近年來，腦電非線性分析已越來越泛地應(yīng)用于意識(shí)障礙、癲癇、一氧化碳中毒、認(rèn)知功能障礙等神經(jīng)疾病[9]，但是若疾病已經(jīng)發(fā)展到有明確神經(jīng)精神系統(tǒng)表現(xiàn)時(shí)，其皮層變化是較為顯著的，即便是常規(guī)線性分析也能夠發(fā)現(xiàn)異常，而鮮有研究聚焦于健康成年人群的腦電信號(hào)的非線性特點(diǎn)，本研究用非線性分析去研究健康人群的腦電，具有前瞻性。

本研究還發(fā)現(xiàn)，老年健康人群全腦和各腦區(qū)的非線性分析結(jié)果與其他三組受試者之間的差異較明顯，其中以額區(qū)(F3、F4、F7及F8)的差異最為顯著。老年人的腦容量大約減少6%，其中額葉和紋狀體分別減少10%～17%和8%，而頂、枕和顳葉的容積則大致減少1%，額葉對(duì)年老最為敏感，老年人的額葉血液及代謝較中青年人有顯著減退，這一點(diǎn)是與該研究的結(jié)果相契合的，可見腦電非線性分析，可定量反映皮層功能，雖然不同年齡健康成年人群的MMSE皆在正常范圍，但并不代表健康老年人的皮層功能未下降。

腦電非線性分析參數(shù)較多，Cx和ApEn較其他非線性參數(shù)更能準(zhǔn)確的反映大腦皮層功能[10]，因此在本文中觀察指標(biāo)涉及Cx 、ApEn兩種非線性參數(shù)。Cx指大腦神經(jīng)元處理信息活動(dòng)的有序程度，反映了決定這段EEG序列的信息量大小，其度算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且計(jì)算速度快，抗干擾能力強(qiáng),短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定值[11]；ApEn也只需較短的數(shù)據(jù)就能夠估計(jì)出較穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)值，有較好的抗干擾和抗噪能力，且描述維數(shù)從二維到三維的模式信息，包括了時(shí)間模式，有比Cx更加豐富的信息和意義[12]。Cx和ApEn值越高，提示腦電信號(hào)越復(fù)雜，反映大腦皮層的功能、皮層之間的偶聯(lián)活動(dòng)越復(fù)雜[13]。本研究中的老年組的Cx和ApEn值較其它三組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且額、側(cè)額的Cx 和ApEn值與其它三組兩兩相比差異極為顯著(P<0.01)，提示腦電非線性分析參數(shù)Cx 和ApEn 能敏感且定量地準(zhǔn)確反應(yīng)大腦皮層功能。腦電信號(hào)是大腦神經(jīng)元興奮性和抑制性突觸后電位的總體反映，生理及病理情況表現(xiàn)各異，當(dāng)大腦發(fā)生微妙的變化時(shí)，腦電也能出現(xiàn)相應(yīng)的變化。腦電非線性動(dòng)力學(xué)分析可提供有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能及其相互聯(lián)系的信息和大腦功能活動(dòng)變化軌跡的實(shí)時(shí)情況，可更直觀準(zhǔn)確地捕捉腦電的變化，為大腦皮層功能下降的早期鑒定提供參考依據(jù)，為輕度認(rèn)知功能障礙、抑郁癥、睡眠障礙等大腦皮層功能異常疾病的前期干預(yù)、早期診斷提供方向。