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    经颅微电流刺激对脑电波的增强效应

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    • 经颅微电流刺激对脑电波的增强效应
       
      杨启辉,吴效明(华南理工大学 生物医学工程系,广州 510006)
       
      YANG Qi-hui, WU Xiao-ming(Department of Biomedical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China)
       
      前言
       
      经颅微电流刺激疗法(Cranial Electrotherapy Stimulation, CES)被认为是一种安全有效的治疗手段而应用于焦虑、抑郁、失眠等精神病症的治疗上。CES通过低强度微量电流刺激大脑边缘系统,从而影响大脑内部神经电活动。此类仪器采用电池供电,且刺激电流微小,它的安全性有保障。对于许多病人而言,对CES的疑虑主要集中于它的有效性。过去的CES疗效研究报告多数表明CES疗效的有效性,其中包括哈佛大学的Meta分析[1]。
      本文通过对CES前后脑电图进行相对地形图、绝对地形图分析,发现CES对脑电波的增强效应:脑电波由高振幅的慢波变为低振幅的快波。脑电波增强的同时,大脑的兴奋区域也发生了转移。

       

      1 设备与方法
       
      1.1 设备
      BM系列脑电综合分析仪、经颅微电流刺激仪[2]、示波器(刺激时观察波形变化)、酒精、导电膏。
       
      1.2 实验设计
      选择安静的室内环境,经颅微电流刺激仪使用者处于日常平静状态。刺激前,进行脑电图检测,采用0.5Hz、电流均值约30uA的双极性方波刺激20分钟,然后再次进行脑电图检测。安放电极通常使用国际脑电图学会标定的10/20法,它的优点是电极部位于大脑皮层解剖关系明显相符。给受试者戴上合适的电极帽,拨开头发,先用酒精棉球擦拭放置电极部位头皮以脱脂,涂上一层导电膏,然后安装用盐水浸泡的电极[3]。如图1所示,一名CES受试者正在接受脑电图检测。
       
      经颅微电流刺激对脑电波的增强效应
      检测脑电图时做好下列实验观察:
       
      (1)观察并记录闭目、心情平和、清醒、无思维活动状态的脑电图,识别α节律的脑波。
      (2)请受试者睁眼,观察β节律的脑波与α阻断(去同步化)。
      (3)请受试者闭目,观察α节律的恢复,然后请受试者进行连续简单心算,观察α阻断与恢复的过程。
      (4)请受试者处于心情愉悦状态,观察脑电图波形变化。
      (5)请受试者回忆气愤事件,观察脑电图波形变化。

       

      1.3 分析方法
       
      (1)绝对地形图
      频域处理方法之一,位于“频域处理方式”中,计算所选数据的六个频段的脑电波能量,并用一个表示脑电波总能量强弱的标尺(屏幕上一个表示不同能量强度的颜色条)作为标准,把各频段脑电波能量的分布图-绝对地形图描绘出来。
       
      (2)相对地形图
      频域处理方法之一,位于“频域处理方式”中,计算所选数据的六个频段的脑电波能量,分别用表示各自频段脑电波能量强弱的标尺(屏幕上表示不同能量强度的颜色条)作为标准,把各自频段脑电波能量的分布图-相对地形图描绘出来(每个频段的能量标尺值不同)。

      经颅微电流刺激对脑电波的增强效应
      2  实验结果
       
      案例1是一名20周岁的本科一年级男生。如图2所示,CES前后,脑电绝对地形图增强的脑电波频段主要集中在11.0-12.8Hz频段的α波和13.0-20.0Hz频段的β波,以后者变化更明显;0.0-3.8Hz频段的δ波和4.0-7.8Hz频段的θ波的总能量变化不大,且有呈现减弱的趋势。
       
      整体上,脑电波中慢波的能量减弱或保持不变,而快波的能量增强。兴奋区域的变化非常明显,主要兴奋区域从右颞后极转移到左颞后极。
      CES前后,脑电相对地形图显示了各种节律的脑电波活动都有相对明显的增强效应,如图3所示,图中红色区域是兴奋区域,可以看到,由CES前的右颞后极转移到CES后的左颞后极. CES前几乎没有β波的兴奋区域,而CES后,左额前极、左顶极、左颞前中后极与右颞中后极都出现了CES的兴奋区域。
       
      其它案例也都反映了CES对脑电波的增强效应。例如,一个案例实验对象是一名25周岁的研究生二年级男生,其CES前的脑电绝对地形图、相对地形图都是以0.0-3.8Hz频段的δ波和4.0-7.8Hz频段的θ波为主。CES前,此名男生的脑电活动更加集中在慢波频段,经过CES后,各频段脑电波都有了相对增强,11.0-12.8Hz频段的α波和13.0-20.0Hz频段的β波这两类脑电快波绝对总能量增强最为明显。脑电波增强的同时,兴奋区域发生转移,但这种兴奋区域的转移路径在各个案例中并不一致,这表明每个个体的兴奋区域具有差异性。

       

      3  讨论
       
      CES前后脑电图的对比分析,表明了CES对大脑的神经电活动具有增强效应:各种节律的脑电波在CES前后都有相对增强,快波整体能量增强明显。脑电活动的兴奋区域会同时发生变化,在刺激前较兴奋的区域有变弱的现象,而刺激后兴奋的区域基本上是刺激前较平静的区域。
       
      总之,CES前后脑电图整体变化趋势是脑电图由高振幅的慢波变为低振幅的快波。兴奋过程增强的同时,兴奋区域发生转移。
      虽然通过CES前后脑电相对地形图、绝对地形图表明CES对脑电波具有增强效应,但是其深层机理仍有待于进一步研究。

       

      参考文献
       
      [1] Sidney Klawansky. Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials of Cranial Electro Stimulation: Efficay in Treating Selected Psychological and Physiological Conditions[J]. Journal of Nervous & Mental Disease, 1995, 183(7):478-484.
      [2] 杨启辉, 吴效明. 经颅微电流刺激仪的设计及其对alpha脑电波作用的研究[J]. 医疗卫生装备. 2011,  32(8); 12-13, 16.
      [3] M.J. Schroeder, R.E. Barr. Quantitative analysis of the electroencephalogram during cranial electrotherapy stimulation[J]. Clinical Neurophysiology. 2001, 112 :2075-2083

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