基于腦電波超慢漲落分析的波分布特點(diǎn)研究

基于腦電波超慢漲落分析的波分布特點(diǎn)研究

1腦電波與認(rèn)知功能的關(guān)系自發(fā)波是通過腦電圖（eeg）觀察到的人類大腦皮層的生物電活動(dòng)，包括頻率、波幅、位置相位和波形。根據(jù)頻率從應(yīng)用角度上,可以將腦波劃分為δ、θ、α、β4個(gè)頻段。發(fā)現(xiàn)腦電活動(dòng)以來,人們對(duì)不同頻率腦電成分的優(yōu)勢(shì)分布與年齡的關(guān)系等問題進(jìn)行了大量的研究。研究表明,成年被試的α波在閉目狀態(tài)下顳葉的頻率最低,為9.51Hz;枕葉的頻率居中,為9.88Hz;頂葉的頻率最高,為10.41Hz。腦波不但是進(jìn)行臨床病理診斷的有效指標(biāo),而且能在一定程度上反映大腦的功能狀態(tài),它與個(gè)體腦功能的發(fā)展和成熟有著密切的關(guān)聯(lián)。隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的興起和發(fā)展,20世紀(jì)80年代以后,越來越多的研究者將腦波作為探查認(rèn)知活動(dòng)腦機(jī)制的一種指標(biāo),并由此使人們對(duì)腦波的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步發(fā)展起來。α波(8～13Hz)的腦波成分與個(gè)體的思維和認(rèn)知等腦的高級(jí)功能有關(guān)。較多的低頻α波的出現(xiàn),與困倦和較差的認(rèn)知作業(yè)成績有關(guān);而較多的高頻α波則與積極的認(rèn)知活動(dòng)有關(guān)。認(rèn)知作業(yè)速度與額區(qū)腦波α峰頻率顯著相關(guān)。這說明腦電α波的頻率與認(rèn)知功能有關(guān)。從認(rèn)知功能的角度來看,隨著年齡的增長,兒童信息加工的速度逐漸加快?？梢?α波在不同的腦區(qū)具有不同的分布特點(diǎn),同時(shí),與某些認(rèn)知活動(dòng)有關(guān)。但從發(fā)展的角度來看,隨著年齡的增長,腦電α波的變化與信息加工速度的變化是否有關(guān)呢?腦電α波的分布特點(diǎn)與成人是否有差異呢?對(duì)于這些問題還很少有人研究。因此,本研究試圖探查6～12歲正常兒童α波的不同頻率成分(8～13Hz)的分布特點(diǎn),同時(shí)初步探討兒童信息加工速度與腦電α波的關(guān)系,從而為今后的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供新的科學(xué)依據(jù)。2學(xué)習(xí)方法2.1實(shí)驗(yàn)人群的要求選取北京市3所小學(xué)中6～12歲小學(xué)生228名作為被試,其中6歲兒童23人(男生14人,女生9人),7歲兒童29人(男生13人,女生16人),8歲兒童66人(男生29人,女生37人),9歲兒童30人(男生22人,女生8人),10歲兒童39人(男生26人,女生13人),11歲兒童24人(男生12人,女生12人),12歲兒童17人(男生11人,女生6人)。要求被試身體健康,無腦部及其它可能影響腦電活動(dòng)的疾病;被試在實(shí)驗(yàn)前24小時(shí)內(nèi)禁用中樞性藥物及興奮性飲料,保證正常睡眠;測(cè)試前一天把頭洗凈,以配合實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。2.2腦電放大器測(cè)試采用腦電超慢漲落分析儀,按國際10-20系統(tǒng)安置電極,引出導(dǎo)線連接到9612型12道腦電放大器,選用F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T5、T6共12導(dǎo)聯(lián)進(jìn)行單極引導(dǎo),以雙耳連線為參考電極,前額正中接地保護(hù),記錄被試在正常安靜閉眼狀態(tài)下的腦電α波(8～13Hz)信號(hào)。時(shí)間為18分鐘。2.3信息加工速度的測(cè)量2.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備用PⅡ300計(jì)算機(jī)5臺(tái)向被試呈現(xiàn)刺激材料,記錄反應(yīng)時(shí)和采集數(shù)據(jù)。時(shí)間記錄的精確度為1/1000毫秒。2.3.2匹配前錨點(diǎn)心理旋轉(zhuǎn)本研究中要求被試完成六項(xiàng)操作任務(wù),即簡單反應(yīng)、選擇反應(yīng)、字母匹配、圖形匹配、句圖匹配和心理旋轉(zhuǎn)。任務(wù)排列難易間隔,次序同上。每一種任務(wù)的條件是隨機(jī)排列,但不同任務(wù)在每一種條件下的時(shí)間間隔機(jī)會(huì)均等?？隙ǚ磻?yīng)用右手按鍵,否定反應(yīng)用左手按鍵,具體實(shí)驗(yàn)材料見另文。2.4系統(tǒng)前模擬過程首先給被試佩戴電極,進(jìn)行18分鐘的ET測(cè)試。休息5分鐘后,被試在計(jì)算機(jī)上完成信息加工速度測(cè)驗(yàn)。測(cè)驗(yàn)過程中,要求被試端坐在計(jì)算機(jī)前,距計(jì)算機(jī)屏幕約50厘米,右手的食指和中指分別放在鼠標(biāo)的左鍵和右鍵上。先由主試宣布指導(dǎo)語,然后由被試進(jìn)行練習(xí),每項(xiàng)任務(wù)正式施測(cè)前均練習(xí)5次,如果被試做錯(cuò)了,主試應(yīng)馬上加以糾正,直至正確為止。之后開始正式實(shí)驗(yàn)。被試完成一項(xiàng)任務(wù)后,休息5分鐘,再繼續(xù)完成第二項(xiàng)任務(wù)。3結(jié)果分析3.13波場(chǎng)分布特征3.1.1在全腦中的分布比率根據(jù)所有被試的數(shù)據(jù),我們計(jì)算出不同腦區(qū)6種頻率α波的比率,以考查不同頻率α波的腦區(qū)分布特點(diǎn)。從圖1至6中可以看出,8Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為額葉、前顳葉、后顳葉、頂葉、中央?yún)^(qū)、枕葉,非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果表明,8Hzα波在不同腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=383.790,P=0.000);9Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為枕葉、后顳葉、頂葉、額葉、前顳葉、中央?yún)^(qū),非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果表明各腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=83.498,P=0.000);10Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為枕葉、中央?yún)^(qū)、頂葉、前顳葉、額葉、后顳葉,且各腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=94.688,P=0.000);11Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為中央?yún)^(qū)、枕葉、頂葉、前顳葉、額葉、后顳葉,且各腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=56.797,P=0.000);12Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為后顳葉、前顳葉、額葉、枕葉、頂葉、中央?yún)^(qū),各腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=192.302,P=0.000);13Hzα波在全腦的分布比率從高到低依次為后顳葉、前顳葉、額葉、頂葉、中央?yún)^(qū)、枕葉,非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果表明各腦區(qū)的比率存在顯著差異(χ2=187.221,P=0.000)。3.1.2各頂葉、睡眠葉、左前不同比例的分布我們對(duì)不同頻率α波在左右對(duì)稱腦區(qū)的比率進(jìn)行了比較和分析,非參數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果表明8Hzα波在左枕葉的分布比率顯著大于右枕葉(P=0.007),左前顳的比率顯著小于右前顳(P=0.012);9Hzα波在左頂葉的分布比率顯著小于右頂葉(P=0.019),左枕葉的比率顯著小于于右枕葉(P=0.018),左前顳的比率顯著小于右前顳(P=0.010);10Hzα波在左前顳的分布比率顯著大于右前顳(P=0.016);11Hzα波在左前顳的分布比率顯著大于右前顳(P=0.009);12Hzα波在左后顳的分布比率顯著小于右前顳(P=0.001);13Hzα波在左中央?yún)^(qū)的分布比率顯著大于右中央?yún)^(qū)(P=0.047)。其他左右腦對(duì)稱區(qū)域的同一頻率α波的分布比率則不存在顯著差異。3.1.3平均頻率的差異根據(jù)公式F=R8×8+R9×9+R10×10+R11×11+R12×12+R13×13,計(jì)算出12個(gè)腦區(qū)的平均頻率。兩兩腦區(qū)配對(duì)進(jìn)行t檢驗(yàn)的結(jié)果表明(見圖7),除左前顳葉的平均頻率顯著大于右前顳葉(t=2.685,p<0.05)外,其他左右腦對(duì)稱區(qū)域的平均頻率的差異均不顯著。α波平均頻率的從高到低依次為枕葉、中央?yún)^(qū)、頂葉、左前顳葉、后顳葉、額葉、右前顳葉。3.2快、慢組被試波的檢測(cè)為檢驗(yàn)α波的頻率成分與信息加工速度之間的相互關(guān)系,本研究從腦電被試中隨機(jī)選取了41人,分別在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了簡單反應(yīng)、選擇反應(yīng)、字母匹配、圖形匹配、句圖匹配和心理旋轉(zhuǎn)6項(xiàng)信息加工速度測(cè)驗(yàn)。根據(jù)測(cè)驗(yàn)的成績從被試中選取信息加工速度快組和慢組,其中快組包括成績最好的25%的被試,慢組包括成績最差的25%的被試,其成績見表1。然后,將快組和慢組被試的不同頻率的α波成分的差異進(jìn)行比較。結(jié)果表明,快組和慢組被試的6種頻率(8～13Hz)α波的比率均無顯著性差異(P>0.05)。從表1中可以看出,快組9Hzα波的比率小于慢組,10Hzα波的比率大于慢組,8、11、12、13Hzα波的比率則基本相同。4.波的空間分布本研究以腦電α波這一人腦自發(fā)節(jié)律作為研究對(duì)象,重點(diǎn)探討了由8Hz、9Hz、10Hz、11Hz、12Hz和13Hz成分組成的α波的腦區(qū)分布特點(diǎn)及α波與信息加工速度的關(guān)系問題。結(jié)果表明,α波在全腦12個(gè)腦區(qū)的比率,因頻率成分不同而表現(xiàn)出不同的分布特點(diǎn)。從總體上看,低頻α波(8Hz、9Hz)在全腦的分布缺乏規(guī)律性,而中頻(10Hz、11Hz)和高頻α波(12Hz、13Hz)的分布則表現(xiàn)出各自的規(guī)律。其中中頻α波在枕葉、中央?yún)^(qū)和頂葉的比率高于左、右顳葉和額葉的比率;高頻α波則相反,在前、后顳葉和額葉的比率高于枕葉、中央?yún)^(qū)和頂葉;α波平均頻率從高到低依次為:枕葉、中央?yún)^(qū)、頂葉、左前顳葉、后顳葉、額葉、右前顳葉;左右腦8、10、11、12、13Hz的α波呈對(duì)稱分布,右腦9Hzα波顯著多于右腦。經(jīng)過具體的比較發(fā)現(xiàn),α波在左右對(duì)稱腦區(qū)的分布比率也因頻率不同而表現(xiàn)出不同的左右腦優(yōu)勢(shì)。且除左前顳葉的α波平均頻率顯著大于右前顳葉外,其他左右腦對(duì)稱區(qū)域的平均頻率的差異均不顯著。這一研究結(jié)果與Gratton等人(1992)對(duì)成年被試α波空間分布的研究進(jìn)行比較就會(huì)發(fā)現(xiàn),兒童與成人α波的空間分布有所不同。Gratton等人的研究表明,成人α波在閉目狀態(tài)下顳葉的頻率最低,為9.51Hz;枕葉的頻率居中,為9.88Hz;頂葉的頻率最高,為10.41Hz。這是否說明α波空間分布反映了大腦的成熟過程,也就是說,在大腦的成熟過程中,中頻(10Hz、11Hz)和高頻α波(12Hz、13Hz)的分布代表了大腦的成熟區(qū)域。在大腦的成熟過程中,α波的分布是從無序到有序的狀態(tài)發(fā)展。前人的研究雖然發(fā)現(xiàn)低頻α波與較低的認(rèn)知功能有關(guān),高頻α波與積極的認(rèn)知活動(dòng)有關(guān)。但Thompson&Wilson(1966)、Williamson等(1990)的研究發(fā)現(xiàn),認(rèn)知功能與腦電高頻快波(β波)呈正相關(guān)。在本研究中,信息加工速度與α波的關(guān)系并不明顯,快組和慢組被試的6種頻率(8～13Hz)α波的比率均無顯著差異。我們認(rèn)為,這是由于α波是個(gè)體在安靜閉目狀態(tài)下產(chǎn)生的大腦自發(fā)電位,極易受到聲、光等物理刺激的影響,在個(gè)體從事認(rèn)知活動(dòng)時(shí)α波消失,而代之以低幅快波。此外,本研究并非實(shí)時(shí)地對(duì)被試從事認(rèn)知活動(dòng)過程中的腦電波進(jìn)行監(jiān)測(cè),因此,α波與個(gè)體認(rèn)知功能之間的關(guān)系很難用本研究的方法進(jìn)行驗(yàn)證。ET技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)始人梅磊教授認(rèn)為,雖然EEG能直接提取神經(jīng)活動(dòng)的信號(hào),通過腦波反映神經(jīng)元直接的興奮性活動(dòng)。但傳統(tǒng)的腦波分析技術(shù)僅僅局限于對(duì)腦電信號(hào)的直觀處理,只能單純地顯示腦波的幅度變化,或加上一些頻率參數(shù),對(duì)腦波本身的研究尚缺乏能供顯