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1、脑的群电活动 EnsembleElectricActivity 与睡眠觉醒节律 罗非教授电话 82801010 Email fluo Website Beforewestart 动作电位是脑内唯一可以快速远距离传递的信号神经元相互结合成电网络 同时也可按某种节律同步放电群电活动可以通过表面或深部电极加以记录 BrainisElectric 脑内的电信号有膜电位动作电位突触后电位Andalotmore 脑使用电信号的优势 电信号的时间精度 temporalaccuracy 远超化学信号有可能进行多点 multi site 的实时 real time 记录有可能进行无创 non invasive
2、检测适合进行高级分析 Beforewestart 我们一生中1 3的时间将在睡眠中度过吃饭和娱乐也会占据另外的1 3时间在剩余1 3的生命中童年和各种教育占据1 3老年时期占据另外1 3因此 只有大约1 9的生命 大约不足10年时间 可以用于有效的工作 Beforewestart 睡眠的大部分时间都被浅睡或梦境占据通常在整个夜晚 只有不足30分钟是真正的深睡眠事实上 我们在所谓清醒的日间也很少有真正清醒 没有做白日梦或注意力分散的时候 因此 我们有必要了解下述两类过程睡眠和觉醒梦与非梦 Whatwewilllearn 脑电图脑的状态 睡眠与觉醒 脑电图 Electroencephalogram
3、 EEG EEG简介EEG的记录EEG的计算机辅助分析EEG在基础和临床医学中的应用事件相关电位 EEG简介 EEG的定义通过放置在头皮表面的多个电极所记录到的一组场电位 EEG的历史 RichardCaton 利物浦内科医生将电极直接放在暴露的动物脑表面 发现存在电信号 发表于1875年1887年 Caton通过干扰落在动物眼中的光线 检测到脑电的负向波动 HistoryofEEG Dr HansBerger 奥地利精神病学家首次记录人体脑电十八世纪20年代早期 利用移动感光纸和闪动光点记录脑电 发现每秒10次的常规波动由于这是他第一个从人类EEG中分离出来的波 他将此波动命名为 波1929
4、年 Berger发表了该结果 这是有关人类脑电的第一篇论文 HistoryofEEG Dr HansBerger的谨慎精神Berger在自己和其它许多人身上反复记录通过同步记录心电和头部血压变化 排除了由血循环造成波动假相的可能性将电极放在皮肤以下记录 排除了波动来自皮肤的可能性 HistoryofEEG Dr HansBerger十八世纪30年代 首先命名了 波和 波第一个采用EEG作为脑电图的缩写名称提出 波幅度小于 波指出 波与集中注意力和惊跳反应有关 HistoryofEEG Dr HansBerger1931年 发现 波在睡眠 全身麻醉 使用可卡因等情况下消失发现脑损伤造成颅内高压的
5、患者 波幅度减低发现癫痫患者的高幅脑电波发现Alzheimer s病和多发性硬化患者存在EEG改变 HistoryofEEG Dr HansBergerCarlZeiss基金会注意到Berger的一系列发现赠送给他电子放大器和特质的示波器 并为他配备了助手 HistoryofEEG Dr HansBerger发现癫痫病人在发作后脑波几乎变平 波随着意识的恢复而恢复脑波在出生两月后采出现 与脑内神经元髓鞘化的过程一致 Dr HansBerger EEG的本质 未知部分动作电位 兴奋性突触后电位 抑制性突触后电位等电位活动的总和 Eccles 张香桐 Jung等 已知部分大群神经元的同步放电 EE
6、G的本质 EEG的记录 电极的放置国际标准10 20系统 Jasper 1958 Gibbs系统 Illinoissystem EEG的记录 参考电极单极与双极记录遥控EEG记录24小时跟踪 EEG的参数 频率 定义 单位时间 秒 内波的个数单位 赫兹 Herz Hz EEG频率的分类 波 7 5 13Hz 波 14 30Hz 波 3 5 7 5Hz 波 0 4 3Hz 频率与波幅 脑波的起源 两种可能的振荡控制中心指挥型凑呜曲型 脑波的起源 简单的细胞环路即可产生振荡 脑波的起源 甚至单个细胞在外来刺激下也会产生振荡 脑波的起源 目前认为 神经细胞的内在特性 intrinsicpropert
7、ies 及其相互间的突触连接决定了神经网络的振荡特性 EEG的参数 波幅 EEG的参数 波形 正常波形 EEG的参数 波形 正常变异 EEG的参数 波形 病理波形 EEG的参数 波形 人工假相 技术问题或外部干扰所致 一般较为短暂可能因电极移动 接触不良 肌肉或头部运动 出汗等造成 EEG解释的困难 每个通道的皮层电位是脑内大量神经元活动组合的反映源的贡献随着其与电极距离的缩短而非线性地增大在向头皮传递过程中受脑膜 头骨和皮肤影响可能会衰减或扭曲 计算机辅助下的EEG分析 在计算机协助下 可以生成脑电地形图声称三维重构影像进行功率谱分析以及其它许多分析 绘制意识之图 数字化的EEG 模 数转换
8、 A Dconverter 采样间隔 samplingtimeinterval 0 005 0 01s实时 realtime 记录定量EEG 可用于显示 滤波 频率及波幅分析 以及彩色地形图 EEG脑地形图 功率谱分析 EEG与基础医学研究 EEG与基础研究 EEG与运动功能成人 no无肯定的关系儿童 脑电高频者fastreactiontime反应时间较短EEG与情绪正性情绪时左侧额叶EEG活动增加负性情绪时右侧额叶EEG活动增加 EEG与基础研究 EEG与IQ没有肯定的关系EEG与感觉听阈在 波较强时比其它时候更低 听觉更敏锐 刺激复杂性增加时 波抑制增加 EEG与基础研究 EEG与感觉听觉
9、辨别任务难度增加时 波抑制增加EEG与注意当任务不要求注意环境时 例如心算 比要求注意环境时顶叶 波增加 EEG的临床应用 癫痫由于神经元混沌式活动导致的惊厥睡眠障碍脑肿瘤 诱发电位 EvokedPotential 与事件相关电位 Event RelatedPotential Definition 指对神经系统某一特定部位 包括从感受器到大脑皮层 给予相宜的刺激 或使大脑对刺激 正性或负性 的信息进行加工 在该系统和脑的相应部位产生可以检出的 与刺激有相对固定时间间隔 锁时关系 和特定位相的生物电反应 EP ERP的特性 空间特性 只能在特定的空间范围内检测到时间特性 具有特定的波形和强度分布
10、相位特性 刺激和反应之间存在锁时 time locked 关系 EP ERP的起源 大部分源于大脑皮层 因为皮层神经元有特殊的层状排列部分可能反映了脑干神经元的活动EP ERP均反映了脑内神经元群体的活动 EP ERP的采集 平均策略 平均技术的原理由于刺激与EP之间存在锁时关系而背景噪音与刺激之间的关系是随机的多次叠加可以消除噪音影响 增大信噪比再除以叠加次数就可以使EP保持原大小而大大削弱噪音 EP ERP的种类 外源性刺激相关的诱发电位 EP 感觉 visualorVEP auditoryorAEP somatosensoryorSEP 运动 电或磁刺激诱发 内源性事件相关诱发电位 ER
11、P 记忆和思维相关电位 P300语言相关电位 N400准备或预期相关 CNV 短潜伏期体感诱发电位 SLSEP 几乎不受意识状态影响外周及中枢通路都很清楚成分之间的关系及其传导途径也较清楚在临床各科室有广泛的应用 短潜伏期体感诱发电位 SLSEP 脑干听觉诱发电位 BAEP 主要用于耳科学用于各种听觉检测中用于了解听神经及脑干通路活动用于诊断影响这些通路的功能性或结构性疾病 脑干听觉诱发电位 BAEP 运动诱发电位 MEP 在运动区及其传出通路上施加电或磁刺激在下游通路上记录诱发电位可利用经颅磁刺激 TranscranialMagneticstimulation TMS 应用 客观 定量地反映
12、中枢运动功能 运动诱发电位 MEP ERP与EP的区别 ERP研究中要求被试的主动参与用于ERP研究的刺激不能单调至少需要两种模式 序列或种类的刺激ERP的外源性成分与刺激的物理性质相关 而内源性成分 如P300 N400等 则与认知活动相关 P300简介 最经典 最早发现且研究最广泛的ERP波形在顶叶中线附近最明显主要反映脑对外部信息的认知过程 P300 应用 P300与反应时 无必然联系P300与智能 操作智能越低 P300的潜伏期越长 幅度越低P300与测谎 从植物神经生理到神经电生理变化P300与临床 主要用于各种原因而致的认知障碍的病人 可以为智能障碍及其程度提供神经电生理的依据 神
13、经精神药物的药效学和药理学指标 ERP的定量化与参数提取 波幅 Amplitude 潜伏期 Latency 波峰间期 Inter PeakLatency 波幅比值和峰间期比值 Ratio 波面积 AreaunderCurve ERP的临床解释 首先建立正常值数据库理解各种参数的生理学和病理生理学意义潜伏期 反映传导功能幅度 参与放电的神经元成分缺失 严重损伤的存在进一步还需研究EP活动的来源 ERP的多通道记录 ERP长于说明事件在脑内发生的时刻 却无法有效地说明他们发生的位置 Nose Left Right Occipital ERP的脑地形图 P300在头皮表面电场分布的2D地形图利用内插
14、值法可以计算出头皮上任何一点在任何时刻的电位 ERP的生物电模型 研究的真正目的是了解脑内 而不是头皮上发生了什么脑内每一个电活动均可在头皮表面投影成某种地形图逆问题 源分析建模 逆问题的进展 使用高密度 例如128导联 ERP记录已降低测量误差使用磁力数字化装置定位ERP记录电极在头皮上的位置 获得被试头部的磁共振影像 影像分割 根据MRI图像灰度值将影像分割成不同的组织类型 皮肤 骨骼 灰质 白质 脑脊液 3D头部建模 根据这些组织类型生成具有解剖精度的三维头部模型根据组织类型给每个象素赋予电学特性数值 将ERP和MRI的数据空间融合 P300在头皮上的生物电模型 P300在皮层表面的模型
15、 偶极子源模型 采用真实的头模型计算逆问题的解 Summary EP ERP可以反映视网膜 视觉通路 内耳 听神经 脑干 外周神经 脊髓后索 感觉皮质以及上下运动神经元的各种病变 事件相关诱发电位则用以判断患者的注意力和反应能力 诱发电位具有高度敏感性 对感觉障碍可进行客观评诂 对病变能进行定量判断 对心理精神领域可进行一定的检测 故当前广泛应用于对神经系统病变的早期诊断 病情随访 疗效判断 予后估计 神经系统发育情况的评估以及协助判断昏迷性质和脑死亡等 但图形无特异性 必须结合临床资料进行判断 不在有关神经传导径路中的病变 不能发现异常 睡眠与觉醒 睡眠 觉醒周期是一种昼夜节律人的睡眠可按E
16、EG特征分期睡眠过程呈现慢波睡眠和快速眼动睡眠的周期性交替睡眠的生物学意义睡眠 觉醒节律的机制 中枢的主动活动 概述 睡眠与觉醒 两种不同的功能状态觉醒状态 与环境有主动感觉运动联系 产生复杂适应行为睡眠状态 联系减弱或消失 伴有躯体和植物性功能变化睡眠与觉醒是以自然昼夜为周期的生理活动研究方法 EEG EOG EMG人类对睡眠的认识两种睡眠时相 特别是快动眼睡眠的发现 睡眠 觉醒周期与昼夜节律 约日节律 昼夜节律 circadianrhythm 与24小时自然昼夜交替大致同步人一生中的睡眠觉醒周期始于出生时 随年龄增长而变化 新生儿一昼夜多个周期 60 90min 儿童两个周期 午睡与夜间睡眠 成年人一个周期 与昼夜交替大致同步 睡眠 觉醒与昼夜节律 睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定曾经的推测 由昼夜节律决定的被动反应如今的认识 与外界环境 隔离 隔绝昼夜 温度 真实的时间变化 的受试者 睡眠觉醒周期依然存在 但延长至25小时而非24小时与体温变化的相应关系出现分离 睡眠 觉醒与昼夜节律 睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定 睡眠觉醒周期的节律是独立于外界 并与其他生理节律无依从关系
