腦電圖技術在針灸臨床研究中的應用*

趙 曄，王 超

300193 天津中醫(yī)藥大學（王 超）

腦電圖（EEG）是用現(xiàn)代電子放大技術,從放置在頭皮上的電極描記出腦神經細胞的自發(fā)生物電活動，通過腦電圖儀加以放大后記錄的腦電波形[1]。因其具有較高的時間分辨率，因此在臨床及研究中廣泛應用?，F(xiàn)就腦電信號的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展及在臨床診療、針灸研究方面的應用進行介紹如下。

1 腦電信號的發(fā)現(xiàn)

腦電的研究始于生物電的發(fā)現(xiàn)。1786年，意大利解剖學教授Galvani發(fā)現(xiàn)的青蛙外周神經和肌肉的帶電現(xiàn)象，開啟了動物電學研究的大門；1875年，英國Richard首先在兔腦上觀察到了自發(fā)腦電反應；1890年，波蘭Adolf Beck也發(fā)現(xiàn)了狗和兔子的皮質腦電活動。動物腦電研究為人腦自發(fā)電活動的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎，1924年，德國耶那大學的精神科教授Hans Berger教授在他兒子的頭皮上第一次獲得了人類頭皮腦電圖，第一次將腦電活動命名為“electroencephalogram，EEG”因此被譽為“人類腦電圖之父”。此后直到1933年，英國著名生理學家諾貝爾獎獲得者E.D.Adrian在劍橋大學生理學研究室里肯定了Berger教授的發(fā)現(xiàn)，至此腦電的研究得以迅速發(fā)展[2]。

2 腦電信號的發(fā)展

1958年，美國學者Dawson研制了用于平均瞬時腦誘發(fā)電位的電-機械處理裝置，開創(chuàng)了臨床腦誘發(fā)電位的新紀元。腦誘發(fā)電位成為腦電研究的“窺視精神之窗”。腦電研究得到了迅猛發(fā)展。腦電記錄裝置和描記技術的發(fā)展，從最初只能描記1或2個通道到現(xiàn)今科學研究應用的512電極，使腦電技術的病灶定位能力得到提高；計算機技術的發(fā)展，從最初的目視分析到現(xiàn)今的計算機分析，使腦電圖的定性分析獲得了定量分析的客觀支持；臨床醫(yī)學的發(fā)展，從初期對局限病種的輔助診斷到腦電信號作為腦功能訓練的生物反饋治療技術的主要途徑之一，使腦電技術在醫(yī)學中的應用不斷拓展。

腦電圖依采集部位不同可分為頭皮表面、皮質表面、皮質內部腦電，通常所提及的“腦電”即指頭皮腦電。腦電圖按頻率分為:δ2（1～2 Hz），δ1（2～4 Hz），θ（4～8 Hz），α（8～13 Hz），β1（13～20 Hz），β2（20～30Hz）[3]。根據(jù)其產生方式可分為誘發(fā)腦電和自發(fā)腦電。誘發(fā)腦電是人為對感覺器官施加刺激所引起的腦電位變化。自發(fā)腦電是指在沒有特定外界刺激時，神經系統(tǒng)本身產生的電位變化。腦電電位很低，50 LV左右，易受周圍電磁場的干擾。與年齡、個體差異、精神活動、外界刺激、意識變化、體內生化學改變、腦部疾病等有關。同時還包含有來自人體其他器官組織產生的生物電信號 (如心電、眼電、肌電)以及外界各種干擾因素引起的干擾信號，因此腦電信號是一種典型的非平穩(wěn)、非線性信號。

3 腦電信號分析在針灸學研究中的應用

腦電具有較強的時間分辨率，隨著采集方法的更新，目前的空間分辨率雖不及X線計算機體層成像（PET）、磁共振成像（MRI）等，但因時空結合具有一定優(yōu)勢，因此腦電信號的分析在針灸學研究中亦有廣泛應用。伴隨著腦電信號分析方法的推陳出新，在原有的傳統(tǒng)線性分析的基礎上，20世紀80年代對腦電信號的非線性分析的提出為腦電圖技術的應用賦予了新的色彩。腦電信號的分析由初期的單一輔助診斷到臨床療效評價指標，認知功能的鑒別等，其應用范圍都在不斷拓展。

3.1 腦電信號作為針灸療效的評價指標的應用 陳振虎等[4]利用腦電圖技術對電針治療血管性癡呆（VD）進行評價，發(fā)現(xiàn)腦電圖可用于評定VD的嚴重程度，其判斷與長谷川癡呆修改量表評分基本一致。王津存等[5]應用電針穴位刺激觀察對鋰——匹羅卡品誘導致癇大鼠行為及腦電活動的影響，結果發(fā)現(xiàn)電針組大鼠平均每周自發(fā)反復發(fā)作次數(shù)明顯少于無刺激對照組大鼠。閻克樂等[6]進行電針影響腦電和睡眠及心境的研究，施以電針，4～6 h后腦電測量表明θ波的相對功率在額、顳區(qū)呈增加趨勢，α波的相對功率呈減少趨勢,β頻段的相對功率有增有減,說明電針對睡眠深度、睡眠時間、醒來次數(shù)以及晨間心境有不同程度影響。劉運珠[7]采用溫針灸夾脊穴治療抑郁癥患者并觀察對其腦電α波的影響，治療組采用溫針灸治療，對照組口服阿米替林治療,治療6周比較發(fā)現(xiàn)兩組治療前后腦電α波頻率與波幅、漢密爾頓抑郁量表（HAMD）評分及主要癥狀分值比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）說明溫針灸療法能有效調節(jié)腦電α波頻率和波幅,改善抑郁癥狀。張倩等[8]應用陰陽氣血配穴法針刺治療失眠癥并觀察對多導睡眠腦電圖的影響。治療組運用針刺百會、神門、三陰交為主穴治療，陰經穴施提插捻轉補法，陽經穴是提插捻轉瀉法，對照組口服舒樂安定治療，兩組患者睡眠結構的比較，差異有統(tǒng)計學意義，說明陰陽氣血配穴針刺法可優(yōu)化失眠患者睡眠結構，提高患者的睡眠質量。袁英等[9]利用腦電評估針刺對意識障礙患者皮質的即刻作用。分別對意識障礙患者的安靜閉眼、針刺患側、針刺健側3種狀態(tài)下的腦電信號的關聯(lián)維數(shù)、近似熵和復雜度非線性指數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），腦電不同部位之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。但多數(shù)患者的關聯(lián)維數(shù)在針刺狀態(tài)較其安靜閉眼狀態(tài)呈現(xiàn)上升趨勢。得出結論針刺在意識障礙患者的促醒過程中可能存在一定的作用，但是對重度顱腦損傷患者而言,單次針刺對皮質的即刻作用可能嚴重受影響；腦電可以在一定程度上反映針刺對皮質的即刻作用。于洪麗等[10]利用誘發(fā)電位來研究磁刺激合谷穴對大腦皮質功能區(qū)的影響，探討磁刺激穴位鎮(zhèn)痛機制。納入18名被試（男13名，女5名）參加實驗，選取右側合谷穴作為靶點目標，距離合谷穴約3 cm處的非穴位點作為對照點。磁刺激頻率為1 Hz，刺激強度為1.76 T，實驗分別采集磁刺激前、中、后的腦電信號。結果揭示了磁刺激穴位可能的鎮(zhèn)痛機制。鄧元江等[11]在針刺對實驗性癲癇大鼠癇性發(fā)作行為與腦電圖的影響的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，針刺可延長癲癇發(fā)作的潛伏期、減少癲癇發(fā)作癥狀、抑制癇性放電幅度、調整腦電頻率，具有顯著的抗癇作用。莊明華等[12]采用電針刺激筋縮穴，并觀察對癲癇大發(fā)作和癲癇持續(xù)狀態(tài)動物模型腦電圖的影響，研究發(fā)現(xiàn)模型組腦皮質電圖顯示，癲癇發(fā)作波波幅和頻率較高。

3.2 腦電信號作為研究針灸機制的分析方法 腦電非線性動力學分析在針刺研究中具有獨特的優(yōu)勢，為研究針灸的神經機制提供了有力的工具。王革生等[13]針刺一側申脈穴及后溪穴，獲得健康志愿者在行針及留針不同針刺狀態(tài)下的腦電信號，將各腦區(qū)的腦電信號轉換成關聯(lián)維數(shù)，對比分析發(fā)現(xiàn)針刺申脈穴和后溪穴主要激活額葉、顳葉等腦區(qū)，在行針和留針過程中激活的腦區(qū)存在較為明顯的規(guī)律性的變化，在行針過程中首先激活對側腦區(qū)，留針后逐漸由對側延伸到雙側。張秀等[14]對磁刺激足三里穴位進行了相同強度、不同頻率（0.5 Hz、1 Hz、3 Hz）的磁刺激,分析刺激前后腦電的復雜度，結果發(fā)現(xiàn)大腦各個功能區(qū)的樣本熵值都有提高,其中顳葉區(qū)的變化最為明顯。從針刺體表電信號角度分析針刺的作用規(guī)律。設計了具有高速、實時、多路、同步特性的體表電信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了理論采集速度可達64 KHz，導聯(lián)數(shù)量最高為256導，并完全同步的多種體表電信號采集。腦電（EEG）是不同頻率震動的諸多振子共同作用的結果,是腦復雜生理電活動的體現(xiàn),并能夠反映腦部各區(qū)域的變化。作者分析了影響針刺腦電實驗結果的3種因素，設計了采用人工針刺方式刺激右腿膝部足三里（ST－36）穴位獲取9位受試者的EEG數(shù)據(jù),分析針刺對腦部活動影響的實驗。采用邊緣譜分析方法和相對功率分析方法處理EEG數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)針刺ST－36可以顯著影響腦部活動，具有明顯的鎮(zhèn)定作用，這種現(xiàn)象與中醫(yī)理論中足三里穴位的療效相符。通過計算不同針刺階段EEG信號的LZ復雜度，發(fā)現(xiàn)9位受試者在針刺不同階段,腦部區(qū)域的LZ復雜度的變化明顯,這說明針刺對腦部有顯著作用。通過計算不同針刺階段EEG信號的小波能量熵，發(fā)現(xiàn)9位受試者在針刺時的小波能量熵有下降趨勢，說明針刺使EEG信號變得更加有序。通過上述對腦電信號的分析，發(fā)現(xiàn)針刺足三里對腦部有顯著作用，將EEG的同步性分析方法和腦功能性網絡的思想引入到針刺機制研究中，為傳統(tǒng)針灸理論研究提供了新的思路和方法。采用神經電信息研究針刺的傳導與作用規(guī)律。作者以神經電信號為切入點,采用非線性時間序列分析方法等現(xiàn)代信息處理技術對不同針刺手法所誘發(fā)的神經電信號進行特征分析,研究針刺的神經編碼特性,量化和區(qū)分不同針刺手法,分析針刺對神經系統(tǒng)的影響。設計了動物和人體實驗研究針刺神經電信息的傳導與作用規(guī)律。以不同頻率手法針刺足三里穴在大鼠外周神經系統(tǒng)（脊髓背根）、大鼠低級中樞神經系統(tǒng)（脊髓背角）以及人高級中樞神經系統(tǒng)（大腦皮質）等神經系統(tǒng)的三個水平層次上采集了大量的神經電信號，研究針刺對神經系統(tǒng)的影響。發(fā)現(xiàn)神經元在不同強度和不同頻率的電針刺激下會產生正弦型放電、周期放電、簇放電以及混沌放電等豐富的放電模式，并發(fā)現(xiàn)了與傳統(tǒng)手針刺激相似的放電模式。

3.3 腦電信號在針刺鎮(zhèn)痛研究中的應用 針刺鎮(zhèn)痛的研究中，腦電圖技術獨具優(yōu)勢，腦電雙頻指數(shù)（BIS）、邊緣頻率譜等作為目前應用較多的衡量疼痛程度的評價指標。豐新民等[15]探討腦電雙頻指數(shù)BIS監(jiān)測對電針刺激復合硬膜外麻醉用于婦科手術的麻醉效果評價，行硬膜外麻醉并分為3組：咪達唑侖藥物組、針麻組（足三里、三陰交穴位予以針刺連續(xù)刺激,頻率30～100 Hz）、藥針組。結果3組患者的BIS值與麻醉前比較均有下降（P＜0.05），但切皮時針麻組BIS值最高（P＜0.05），藥針組 BIS 值最低（P＜0.05），填塞紗布時針麻組BIS值高于其他兩組。BIS值可以作為針刺復合硬膜外麻醉效果評價的客觀指標。劉育勇等[16]電針在甲狀腺次全切除術中對腦電雙頻指數(shù)的影響研究電針刺激在甲狀腺次全切除術中對腦電雙頻指數(shù)的影響。針刺組于雙側合谷、內關穴針刺有“得氣”感后接上電刺激儀連續(xù)高頻密波刺激，5 min之后行雙側頸叢阻滯，對照組單行頸叢阻滯，發(fā)現(xiàn)針刺組術中BIS明顯降低（P＜0.01），電針刺激可加強頸叢阻滯在甲狀腺次全術中的麻醉效果。童基均等[17]采用經皮穴位電刺激及不進行任何刺激觀察對疼痛的影響，健康人體疼痛模型為三角肌中點肌肉豐厚處垂直快速注入4 mL當歸注射液，深度約為3 cm。對腦電信號提取邊緣頻譜（SEF）特征，以SEF90作為評價標準。實驗發(fā)現(xiàn)SEF在疼痛刺激后明顯升高，然后逐漸降低，但是經皮穴位電刺激實驗組降低速度更快、程度更高。經皮穴位電刺激具有一定的鎮(zhèn)痛效果，并且SEF有望成為疼痛的客觀評價指標之一。倪育飛等[18]電針刺激穴位雙側合谷，右側足三里、上巨虛、左側陰陵泉、三陰交得氣后接電針留針30 min后，對照組不予處理即進行腸鏡檢查，結果表明電針能有效緩解結腸鏡檢查的不適感，檢查過程中腦電雙頻指數(shù)BIS值明顯下降（P<0.01）說明針刺具有鎮(zhèn)痛作用。耿躍華等[19]應用磁刺激人體神門穴，發(fā)現(xiàn)磁刺激狀態(tài)下被試的非線性特征指標如關聯(lián)維數(shù)、Lyapunov指數(shù)和樣本熵均較安靜狀態(tài)低（P＜0.05）。磁刺激肢體神門穴降低了腦電信號的混沌程度，使大腦更加鎮(zhèn)靜。沈花等[20]為探討電刺足三里穴位引起的大腦活動的變化，用非線性動力學方法對電刺前后的兩種腦電的非線性特征進行分析發(fā)現(xiàn)關聯(lián)維數(shù)、Lyapunov指數(shù)和測度熵，在電刺前后均能很好的區(qū)分（P＜0.05）。表明電刺后大腦的隨機性和無序度降低，大腦相應腦區(qū)的活動更趨于有序，且這種有序性將隨著電刺次數(shù)的增加而漸趨于穩(wěn)定。

3.4 腦電在針刺戒毒研究中的應用 朱萍[21]觀察吸毒致缺氧性腦病針灸治療前后腦電圖變化，治療前腦電圖顯示背景活動生理波α消失，各區(qū)以彌慢性的大而慢的δ波活動為主，診斷為彌漫性改變，重度異常腦電圖，提示大腦皮質抑制，功能低下。治療后腦電圖顯示背景活動為失律的生理波α與部分θ波摻雜，各區(qū)經?？梢姴灰?guī)則的θ波及短程的θ波活動。結論診斷為輕-中度異常腦電圖。提示大腦功能狀態(tài)已有明顯改善，接近正常，針灸可以明顯改善大腦皮質功能狀態(tài)，有非常顯著的治療和調整作用，可促進患者戒毒。

4 展望

腦電圖技術的應用在神經系統(tǒng)疾病的診斷中應用廣泛，此外應用腦電反饋進行腦功能恢復訓練的應用提供了新的治療手段。非線性分析方法與腦電圖技術的結合是多學科交叉下的集合創(chuàng)新，腦電圖技術在針灸研究中除作為神經系統(tǒng)疾病療效評價指標、疼痛程度的衡量指標、傳導通路的定位以外，尚無對不同針刺手法的腦電研究，可在此方面開展研究。

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