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1、中小学生智力发展的脑电图研究 脑电图能检查出智力吗撰写时间：202X年XX月XX日 摘 要 利用脑ET技术对认知功能正常的被试进行智力发展的脑电图研究结果表明:(1)随着年龄的增长,小学生脑波的平均频率呈明显的上升趋势,而中学生的变化幅度不大,但明显超过60年代的同期水平;(2)脑波平均频率的空间分布表现出额低枕高的前后梯度,在年龄低组被试有逆转现象,随年龄的增长,逆转现象减少,大脑的有序程度逐渐增强;(3)小学生的信息加工速度与脑波的关系并不十分明显,而其脑波频率的分布和发展特点与计算速度有着根本的联系中学生的表象能力与不同脑区平均频率的关系因年龄不同而有所差异,主要表现为在右顶叶右前颞叶右
2、后颞叶和左后颞叶区域,表象能力好组频率大于差组 关键词 中小学生,智力发展,脑电图 分类号 B844 我们在研究中小学学生的智力与能力发展的同时,也研究了其机制问题,特别是脑电图(EEG)的机制问题,试图探讨出定位问题关键期问题和可塑性问题 中国国防科工委航天医学工程研究所以梅磊教授为首的研究小组,提出脑电超慢涨落分析技术(encephaloflutuograph technology,简称ET)1我们使用这种脑ET仪器,从身体健康无脑部疾病不可能影响脑电活动的正常学生中选取了228名612岁小学生和192名1318岁中学生作为被试(详细分布情况见表1),探讨了中小学生智力发展的某些机制问题结
3、果如下: 1 中小学生脑电波发展特点 随着中小学生智力的发展,他们的脑电波具有什么样的特点呢?我们首先研究这个问题 1.1 小学生脑电波的发展特点 我们以228名小学生的脑电波为研究指标,探查了612岁正常儿童波的不同频率成分(813 Hz)随年龄增长的变化特点该研究结果2揭示了813Hz 波的发展特点以及不同年龄段小学生脑波中不同成分的优势特点 1.1.1 小学生不同赫兹波的发展特点 小学生脑电811Hz成分在波中所占比率存在显著的年龄差异,但没有表现出显著的性别差异;而1213Hz成分在波中所占比率在年龄差异和性别差异方面均未达显著水平随着年龄的增长,不同赫兹的脑电成分在波中所占比率有所不
4、同总体上来讲,低赫兹脑电成分所占比率逐渐降低,而高赫兹脑电成分所占比例逐渐升高8Hz 脑电成分在波中所占比率逐渐降低,其中女生在89岁男生在910岁阶段,8Hz 成分的比率下降速度最快儿童9Hz 脑电成分在波中所占比率逐渐降低其中女生的变化起伏较大,且在1112岁阶段,9Hz 成分的比率下降速度最快儿童1013Hz 脑电成分在波中所占比率的变化起伏较大,在总体上呈上升趋势 1.1.2 小学生波平均频率的特点 随着年龄的增长,小学生波的平均频率呈明显的上升趋势根据不同频率波成分所占的比率,计算出各年龄组被试的平均频率(如图1所示),不同年龄被试波的平均频率存在显著差异,男女生之间没有显著的性别差
5、异 8Hz和9Hz成分是6岁小学生波的优势成分;9Hz8Hz和10Hz成分是7岁小学生波的优势成分; 8岁和9岁小学生波的优势成分是9Hz10Hz8Hz;而10Hz成分是10岁小学生波的优势成分;10Hz和9Hz成分是11岁小学生波的优势成分;12岁小学生波的优势成分除了具有11岁小学生的优势成分外,11Hz成分也是其优势成分 与以往的研究相比,现在的小学生脑电波的发展已明显超过20世纪60年代时期的水平3就平均频率而言,现在6岁的小学生波的平均频率就达到了20世纪60年代10岁小学生的发展水平710岁小学生的平均频率介于20世纪60年代1213岁儿童的发展水平这其中的原因可能是多方面的就外界
6、环境而言,随着经济的发展,生活水平的提高,小学生的各项生理指标的发展都表现了超前趋势,大脑的发育也不例外此外,社会的进步,人口素质的提高,使人们越来越重视下一代的培养与教育,人们普遍重视儿童的早期教育儿童的早期智力开发这些无疑给儿童提供了丰富的环境刺激,从而促进了儿童大脑的发育与成熟 1.2 中学生脑电波的发展特点 我们对192名中学生的脑电波的发展特点进行了研究4,结果如下 1.2.1 中学生不同赫兹波的发展特点 中学生的不同赫兹波的特点并不像小学生那样表现出不同年龄之间的显著差异随着年龄的增长,中学生不同频率成分的变化幅度不大,其中8Hz和11Hz脑电成分在波中所占比率呈微弱的下降趋势;9
7、Hz和10Hz所占的比例呈微弱的上升趋势;12Hz和13Hz所占比例的变化较小,基本保持稳定 1.2.2 中学生波平均频率的特点 不同年龄的中学生波平均频率的变化没有达到统计学的显著水平,但不同性别之间存在显著的差异(如图2所示)中学生各年级女生的波的平均频率均高于相同年级的男生 1.2.3 中学生波频率成分的脑区分布特点 不同赫兹的波在脑区的比率的差异都达到了统计学意义上的显著水平但是各赫兹的波在全脑12个脑区的比率由高到低的脑区分布的位置并不一样8Hz的波在全脑12个脑区的比率存在显著的差异,其分布比率由高到低依次为后颞叶额叶顶叶前颞叶中央区枕叶;9Hz 波在全脑12个脑区的比率存在显著差
8、异,其分布比率由高到低依次为额叶后颞叶前颞叶顶叶中央区枕叶;10Hz 波在不同脑区的比率存在显著差异,其分布比率由高到低依次为枕叶前颞叶额叶顶叶中央区后颞叶;11Hz 波在全脑12个脑区的比率存在显著差异,其分布比率由高到低依次为枕叶中央区顶叶后颞叶前颞叶额叶;12Hz 波在不同脑区的比率也存在显著差异,其分布比率由高到低依次为中央区后颞叶顶叶枕叶前颞叶额叶;13Hz 波在各脑区的比率存在显著差异,其分布比率由高到低依次为后颞叶中央区前颞叶顶叶额叶枕叶 1.2.4 波频率成分的左右脑区分布特点 不同频率波表现出不同的左右脑区的不对称性,其中9Hz和11Hz 波表现出左右对称脑区良好的相干性;8
9、Hz 波除枕叶和额叶外,其他脑区的左右相干性很好;10 Hz 波在顶叶枕叶和前颞叶区域表现出明显的右脑优势;12Hz和13Hz 波则在全脑范围内均呈现明显的左脑优势8Hz 波在右额叶的分布比率显著大于左额叶,左枕叶的比率显著大于右枕叶; 10Hz 波在右顶叶的分布比率显著大于左顶叶,右枕叶的比率显著大于左枕叶,右前颞的比率显著大于左前颞;9Hz11Hz 波在左右对称脑区的分布比率均不存在显著差异;12Hz13Hz 波在左脑各脑区的分布比率均显著大于右侧对称脑区其他左右脑对称区域的同一频率波的分布比率则不存在显著差异 和小学生的波的发展特点一样,中学生的波的平均频率也高于20世纪60年代的同龄被
10、试4,经济的发展生活水平的提高等环境的变化都对中学生大脑的发育起到了一定的影响1318岁中学生波平均频率的分布特点为从额叶到枕叶逐渐增大,从高到低依次为枕叶中央区后颞叶顶叶前颞叶额叶 2 中小学生脑波超慢频率涨落分布及发展特点 为探讨脑波超慢涨落与年龄之间的关系,分析大脑协同活动和自组织功能的增龄性变化,我们进行了深入的考察和分析,主要涉及S谱基频成分的频率不同脑区的S谱平均频率和不同年龄被试S谱平均频率的脑区分布特点等3个问题 2.1 小学生脑波超慢频率涨落分布及发展特点 在对小学生脑电进行研究中,我们不仅研究了小学生脑电波的特点,而且对小学生脑波超慢涨落频率涨落分布及其发展特点也进行了研究
11、5 2.1.1 小学生脑波优势涨落频率空间分布特点 小学生各组优势涨落平均频率空间分布表现出额低枕高的前后梯度,在年龄低组被试有逆转现象(相邻前后脑区平均频率之比大于1为梯度逆转),随着年龄的增加,逆转现象逐渐减少,左右脑表现出左小右大的不对称性,各年龄组的PmaxPmin的排列非常有规律:Pmax在枕部(特别是O2区)具有绝对的优势;Pmin均分布于颞区,最小区是在右前颞(F8区)但这种分布受年龄的影响,除6岁组和10组以外,其余年龄组的最小区都在左前颞(F7区)从男女差异来看,男女生最大区相同,男生是从枕部到左颞区,而女生是从枕部到右颞区方向分布;但最小区不同,男生的最小区是左后颞(T5区
12、),而女生的最小区是在右前颞(F8区)由此可以说明,大脑优势频率谱的分布状态反映了大脑的成熟水平,我们可以从优势频率谱的分布状态来判断儿童大脑的成熟水平 2.1.2 小学生脑波频率的发展特点 小学生脑波频率在F3F7T5C3P3区表现出显著的年龄差异,在F3T5C3P3区存在年龄与性别的交互作用进一步的多重比较表明,不同的脑区其发展趋势是不同的,F3C3F7T5 区从6岁到7岁下降最快,7岁以后呈现基本平稳的趋势;P3区从6岁到8岁下降最快,8岁以后呈现基本平稳的趋势;O1 O2C4P4F4F8T6区是波浪式的变化趋势,其中O1区从6岁组到7岁组下降最快,7岁以后开始上升,且差异显著,10岁以
13、后又下降,11岁以后又上升从交互作用来看,F3C3P3T5交互作用基本相同,随着年龄的增长,女生从6岁到7岁下降很快,且低于男生,以后基本平稳,而男生始终上下波动 2.1.3 小学生脑波优势涨落频率梯度变化的特点 从优势涨落频率前后梯度逆转百分数来看,6岁组是女生高于男生,78岁组低于男生,到了9岁以后,一直高于男生,但左右脑略有不同,在左脑,女生到了10岁以后才一直高于男生从整体趋势来看,随着年龄的增长,男生无论是左脑还是右脑逆转百分数的变化幅度不大,右脑更小,而女生变化幅度相对较大从脑波优势涨落频率左右梯度变化来看,其年龄变化趋势与优势涨落频率前后梯度逆转的趋势一样,但从整体趋势来看,男女
14、生优势涨落频率左右逆转百分数都有下降趋势但前后脑略有不同,在前后脑,女生到了10岁以后都高于男生随着年龄的增长,男生的前脑优势涨落频率左右逆转百分数是平稳的下降趋势,而后脑无论是男生还是女生其逆转百分数的变化是一种波动状态 随着大脑的成熟,儿童与青少年脑自发电位的频率随年龄的增长而增高6,7另有研究报告,枕区脑波频率随年老而降低8,而额区频率随年老而增加,从信息加工的角度来看,随着年龄的增长,信息加工速度逐渐加快,到了约20岁以后其速度又逐渐减慢,65岁的老年人其速度相当于67岁儿童,加工速度有可能与大脑神经系统的成熟老化有关9这些研究说明,信息加工速度反映了大脑神经机制的变化,而脑波频率谱的
15、空间分布与大脑的成熟老化有关,与认知功能有关脑波优势涨落平均频率的逆转情况不仅反映了大脑的老化过程8,而且还反映了大脑的成熟及脑功能的状态 2.2 中学生脑波超慢频率涨落分布及发展特点 在对小学生脑波超慢频率涨落分布及发展特点的基础上,我们考察了中学生的脑波超慢频率涨落分布及特点 2.2.1 S谱系基础频率的发展特点 根据9种基频谱线在全脑12个脑区的频率,分别计算出每种基频谱线在全脑范围内的平均频率,并考察了其年龄和性别特点结果表明,中学生9种基频谱线的频率均存在显著的年龄差异,且无明显的性别差异9种基频谱线的频率随年龄增长,表现出相同的发展趋势,即13岁组被试的9种基频谱线频率都显著高于其他年龄组(p10实验的刺激材料包括6项操作任务,即简单反应选择反应字母匹配图形匹配句图匹配和心理旋转实验结果表明,不同赫兹波的脑区分布有所不同,且相同赫兹的波在各脑区的比率存在着显著的差异在总体上,左右脑810111213Hz的波呈对称分布,右脑9Hz 波显著多于右脑经过具体的比较发现,波在左右对称脑区的分布比率也因频率不同而表现出不同的左右脑优势且除
