脑电图技术在针灸临床研究中的应用*

2011-03-17赵晔，王超

天津中医药大学学报 2011年4期

赵晔，王超

300193 天津中医药大学（王超）

脑电图（EEG）是用现代电子放大技术,从放置在头皮上的电极描记出脑神经细胞的自发生物电活动，通过脑电图仪加以放大后记录的脑电波形[1]。因其具有较高的时间分辨率，因此在临床及研究中广泛应用。现就脑电信号的发现、发展及在临床诊疗、针灸研究方面的应用进行介绍如下。

1 脑电信号的发现

脑电的研究始于生物电的发现。1786年，意大利解剖学教授Galvani发现的青蛙外周神经和肌肉的带电现象，开启了动物电学研究的大门；1875年，英国Richard首先在兔脑上观察到了自发脑电反应；1890年，波兰Adolf Beck也发现了狗和兔子的皮质脑电活动。动物脑电研究为人脑自发电活动的发现奠定了基础，1924年，德国耶那大学的精神科教授Hans Berger教授在他儿子的头皮上第一次获得了人类头皮脑电图，第一次将脑电活动命名为“electroencephalogram，EEG”因此被誉为“人类脑电图之父”。此后直到1933年，英国著名生理学家诺贝尔奖获得者E.D.Adrian在剑桥大学生理学研究室里肯定了Berger教授的发现，至此脑电的研究得以迅速发展[2]。

2 脑电信号的发展

1958年，美国学者Dawson研制了用于平均瞬时脑诱发电位的电-机械处理装置，开创了临床脑诱发电位的新纪元。脑诱发电位成为脑电研究的“窥视精神之窗”。脑电研究得到了迅猛发展。脑电记录装置和描记技术的发展，从最初只能描记1或2个通道到现今科学研究应用的512电极，使脑电技术的病灶定位能力得到提高；计算机技术的发展，从最初的目视分析到现今的计算机分析，使脑电图的定性分析获得了定量分析的客观支持；临床医学的发展，从初期对局限病种的辅助诊断到脑电信号作为脑功能训练的生物反馈治疗技术的主要途径之一，使脑电技术在医学中的应用不断拓展。

脑电图依采集部位不同可分为头皮表面、皮质表面、皮质内部脑电，通常所提及的“脑电”即指头皮脑电。脑电图按频率分为:δ2（1～2 Hz），δ1（2～4 Hz），θ（4～8 Hz），α（8～13 Hz），β1（13～20 Hz），β2（20～30Hz）[3]。根据其产生方式可分为诱发脑电和自发脑电。诱发脑电是人为对感觉器官施加刺激所引起的脑电位变化。自发脑电是指在没有特定外界刺激时，神经系统本身产生的电位变化。脑电电位很低，50 LV左右，易受周围电磁场的干扰。与年龄、个体差异、精神活动、外界刺激、意识变化、体内生化学改变、脑部疾病等有关。同时还包含有来自人体其他器官组织产生的生物电信号 (如心电、眼电、肌电)以及外界各种干扰因素引起的干扰信号，因此脑电信号是一种典型的非平稳、非线性信号。

3 脑电信号分析在针灸学研究中的应用

脑电具有较强的时间分辨率，随着采集方法的更新，目前的空间分辨率虽不及X线计算机体层成像（PET）、磁共振成像（MRI）等，但因时空结合具有一定优势，因此脑电信号的分析在针灸学研究中亦有广泛应用。伴随着脑电信号分析方法的推陈出新，在原有的传统线性分析的基础上，20世纪80年代对脑电信号的非线性分析的提出为脑电图技术的应用赋予了新的色彩。脑电信号的分析由初期的单一辅助诊断到临床疗效评价指标，认知功能的鉴别等，其应用范围都在不断拓展。

3.1 脑电信号作为针灸疗效的评价指标的应用陈振虎等[4]利用脑电图技术对电针治疗血管性痴呆（VD）进行评价，发现脑电图可用于评定VD的严重程度，其判断与长谷川痴呆修改量表评分基本一致。王津存等[5]应用电针穴位刺激观察对锂——匹罗卡品诱导致痫大鼠行为及脑电活动的影响，结果发现电针组大鼠平均每周自发反复发作次数明显少于无刺激对照组大鼠。阎克乐等[6]进行电针影响脑电和睡眠及心境的研究，施以电针，4～6 h后脑电测量表明θ波的相对功率在额、颞区呈增加趋势，α波的相对功率呈减少趋势,β频段的相对功率有增有减,说明电针对睡眠深度、睡眠时间、醒来次数以及晨间心境有不同程度影响。刘运珠[7]采用温针灸夹脊穴治疗抑郁症患者并观察对其脑电α波的影响，治疗组采用温针灸治疗，对照组口服阿米替林治疗,治疗6周比较发现两组治疗前后脑电α波频率与波幅、汉密尔顿抑郁量表（HAMD）评分及主要症状分值比较差异有统计学意义（P＜0.05）说明温针灸疗法能有效调节脑电α波频率和波幅,改善抑郁症状。张倩等[8]应用阴阳气血配穴法针刺治疗失眠症并观察对多导睡眠脑电图的影响。治疗组运用针刺百会、神门、三阴交为主穴治疗，阴经穴施提插捻转补法，阳经穴是提插捻转泻法，对照组口服舒乐安定治疗，两组患者睡眠结构的比较，差异有统计学意义，说明阴阳气血配穴针刺法可优化失眠患者睡眠结构，提高患者的睡眠质量。袁英等[9]利用脑电评估针刺对意识障碍患者皮质的即刻作用。分别对意识障碍患者的安静闭眼、针刺患侧、针刺健侧3种状态下的脑电信号的关联维数、近似熵和复杂度非线性指数进行分析发现差异无统计学意义（P>0.05），脑电不同部位之间差异无统计学意义（P＞0.05）。但多数患者的关联维数在针刺状态较其安静闭眼状态呈现上升趋势。得出结论针刺在意识障碍患者的促醒过程中可能存在一定的作用，但是对重度颅脑损伤患者而言,单次针刺对皮质的即刻作用可能严重受影响；脑电可以在一定程度上反映针刺对皮质的即刻作用。于洪丽等[10]利用诱发电位来研究磁刺激合谷穴对大脑皮质功能区的影响，探讨磁刺激穴位镇痛机制。纳入18名被试（男13名，女5名）参加实验，选取右侧合谷穴作为靶点目标，距离合谷穴约3 cm处的非穴位点作为对照点。磁刺激频率为1 Hz，刺激强度为1.76 T，实验分别采集磁刺激前、中、后的脑电信号。结果揭示了磁刺激穴位可能的镇痛机制。邓元江等[11]在针刺对实验性癫痫大鼠痫性发作行为与脑电图的影响的实验研究中发现，针刺可延长癫痫发作的潜伏期、减少癫痫发作症状、抑制痫性放电幅度、调整脑电频率，具有显著的抗痫作用。庄明华等[12]采用电针刺激筋缩穴，并观察对癫痫大发作和癫痫持续状态动物模型脑电图的影响，研究发现模型组脑皮质电图显示，癫痫发作波波幅和频率较高。

3.2 脑电信号作为研究针灸机制的分析方法脑电非线性动力学分析在针刺研究中具有独特的优势，为研究针灸的神经机制提供了有力的工具。王革生等[13]针刺一侧申脉穴及后溪穴，获得健康志愿者在行针及留针不同针刺状态下的脑电信号，将各脑区的脑电信号转换成关联维数，对比分析发现针刺申脉穴和后溪穴主要激活额叶、颞叶等脑区，在行针和留针过程中激活的脑区存在较为明显的规律性的变化，在行针过程中首先激活对侧脑区，留针后逐渐由对侧延伸到双侧。张秀等[14]对磁刺激足三里穴位进行了相同强度、不同频率（0.5 Hz、1 Hz、3 Hz）的磁刺激,分析刺激前后脑电的复杂度，结果发现大脑各个功能区的样本熵值都有提高,其中颞叶区的变化最为明显。从针刺体表电信号角度分析针刺的作用规律。设计了具有高速、实时、多路、同步特性的体表电信号采集系统，实现了理论采集速度可达64 KHz，导联数量最高为256导，并完全同步的多种体表电信号采集。脑电（EEG）是不同频率震动的诸多振子共同作用的结果,是脑复杂生理电活动的体现,并能够反映脑部各区域的变化。作者分析了影响针刺脑电实验结果的3种因素，设计了采用人工针刺方式刺激右腿膝部足三里（ST－36）穴位获取9位受试者的EEG数据,分析针刺对脑部活动影响的实验。采用边缘谱分析方法和相对功率分析方法处理EEG数据，发现针刺ST－36可以显著影响脑部活动，具有明显的镇定作用，这种现象与中医理论中足三里穴位的疗效相符。通过计算不同针刺阶段EEG信号的LZ复杂度，发现9位受试者在针刺不同阶段,脑部区域的LZ复杂度的变化明显,这说明针刺对脑部有显著作用。通过计算不同针刺阶段EEG信号的小波能量熵，发现9位受试者在针刺时的小波能量熵有下降趋势，说明针刺使EEG信号变得更加有序。通过上述对脑电信号的分析，发现针刺足三里对脑部有显著作用，将EEG的同步性分析方法和脑功能性网络的思想引入到针刺机制研究中，为传统针灸理论研究提供了新的思路和方法。采用神经电信息研究针刺的传导与作用规律。作者以神经电信号为切入点,采用非线性时间序列分析方法等现代信息处理技术对不同针刺手法所诱发的神经电信号进行特征分析,研究针刺的神经编码特性,量化和区分不同针刺手法,分析针刺对神经系统的影响。设计了动物和人体实验研究针刺神经电信息的传导与作用规律。以不同频率手法针刺足三里穴在大鼠外周神经系统（脊髓背根）、大鼠低级中枢神经系统（脊髓背角）以及人高级中枢神经系统（大脑皮质）等神经系统的三个水平层次上采集了大量的神经电信号，研究针刺对神经系统的影响。发现神经元在不同强度和不同频率的电针刺激下会产生正弦型放电、周期放电、簇放电以及混沌放电等丰富的放电模式，并发现了与传统手针刺激相似的放电模式。

3.3 脑电信号在针刺镇痛研究中的应用针刺镇痛的研究中，脑电图技术独具优势，脑电双频指数（BIS）、边缘频率谱等作为目前应用较多的衡量疼痛程度的评价指标。丰新民等[15]探讨脑电双频指数BIS监测对电针刺激复合硬膜外麻醉用于妇科手术的麻醉效果评价，行硬膜外麻醉并分为3组：咪达唑仑药物组、针麻组（足三里、三阴交穴位予以针刺连续刺激,频率30～100 Hz）、药针组。结果3组患者的BIS值与麻醉前比较均有下降（P＜0.05），但切皮时针麻组BIS值最高（P＜0.05），药针组 BIS 值最低（P＜0.05），填塞纱布时针麻组BIS值高于其他两组。BIS值可以作为针刺复合硬膜外麻醉效果评价的客观指标。刘育勇等[16]电针在甲状腺次全切除术中对脑电双频指数的影响研究电针刺激在甲状腺次全切除术中对脑电双频指数的影响。针刺组于双侧合谷、内关穴针刺有“得气”感后接上电刺激仪连续高频密波刺激，5 min之后行双侧颈丛阻滞，对照组单行颈丛阻滞，发现针刺组术中BIS明显降低（P＜0.01），电针刺激可加强颈丛阻滞在甲状腺次全术中的麻醉效果。童基均等[17]采用经皮穴位电刺激及不进行任何刺激观察对疼痛的影响，健康人体疼痛模型为三角肌中点肌肉丰厚处垂直快速注入4 mL当归注射液，深度约为3 cm。对脑电信号提取边缘频谱（SEF）特征，以SEF90作为评价标准。实验发现SEF在疼痛刺激后明显升高，然后逐渐降低，但是经皮穴位电刺激实验组降低速度更快、程度更高。经皮穴位电刺激具有一定的镇痛效果，并且SEF有望成为疼痛的客观评价指标之一。倪育飞等[18]电针刺激穴位双侧合谷，右侧足三里、上巨虚、左侧阴陵泉、三阴交得气后接电针留针30 min后，对照组不予处理即进行肠镜检查，结果表明电针能有效缓解结肠镜检查的不适感，检查过程中脑电双频指数BIS值明显下降（P<0.01）说明针刺具有镇痛作用。耿跃华等[19]应用磁刺激人体神门穴，发现磁刺激状态下被试的非线性特征指标如关联维数、Lyapunov指数和样本熵均较安静状态低（P＜0.05）。磁刺激肢体神门穴降低了脑电信号的混沌程度，使大脑更加镇静。沈花等[20]为探讨电刺足三里穴位引起的大脑活动的变化，用非线性动力学方法对电刺前后的两种脑电的非线性特征进行分析发现关联维数、Lyapunov指数和测度熵，在电刺前后均能很好的区分（P＜0.05）。表明电刺后大脑的随机性和无序度降低，大脑相应脑区的活动更趋于有序，且这种有序性将随着电刺次数的增加而渐趋于稳定。

3.4 脑电在针刺戒毒研究中的应用朱萍[21]观察吸毒致缺氧性脑病针灸治疗前后脑电图变化，治疗前脑电图显示背景活动生理波α消失，各区以弥慢性的大而慢的δ波活动为主，诊断为弥漫性改变，重度异常脑电图，提示大脑皮质抑制，功能低下。治疗后脑电图显示背景活动为失律的生理波α与部分θ波掺杂，各区经常可见不规则的θ波及短程的θ波活动。结论诊断为轻-中度异常脑电图。提示大脑功能状态已有明显改善，接近正常，针灸可以明显改善大脑皮质功能状态，有非常显著的治疗和调整作用，可促进患者戒毒。

4 展望

脑电图技术的应用在神经系统疾病的诊断中应用广泛，此外应用脑电反馈进行脑功能恢复训练的应用提供了新的治疗手段。非线性分析方法与脑电图技术的结合是多学科交叉下的集合创新，脑电图技术在针灸研究中除作为神经系统疾病疗效评价指标、疼痛程度的衡量指标、传导通路的定位以外，尚无对不同针刺手法的脑电研究，可在此方面开展研究。

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