腦電圖技術(shù)在針灸臨床研究中的應(yīng)用*

趙 曄，王 超

300193 天津中醫(yī)藥大學(xué)（王 超）

腦電圖（EEG）是用現(xiàn)代電子放大技術(shù),從放置在頭皮上的電極描記出腦神經(jīng)細(xì)胞的自發(fā)生物電活動(dòng)，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(shí)間分辨率，因此在臨床及研究中廣泛應(yīng)用。現(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(yīng)用進(jìn)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(xué)教授Galvani發(fā)現(xiàn)的青蛙外周神經(jīng)和肌肉的帶電現(xiàn)象，開啟了動(dòng)物電學(xué)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(yīng)；1890年，波蘭Adolf Beck也發(fā)現(xiàn)了狗和兔子的皮質(zhì)腦電活動(dòng)。動(dòng)物腦電研究為人腦自發(fā)電活動(dòng)的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，1924年，德國耶那大學(xué)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(dòng)命名為“electroencephalogram，EEG”因此被譽(yù)為“人類腦電圖之父”。此后直到1933年，英國著名生理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者E.D.Adrian在劍橋大學(xué)生理學(xué)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(xué)者Dawson研制了用于平均瞬時(shí)腦誘發(fā)電位的電-機(jī)械處理裝置，開創(chuàng)了臨床腦誘發(fā)電位的新紀(jì)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(shù)的發(fā)展，從最初只能描記1或2個(gè)通道到現(xiàn)今科學(xué)研究應(yīng)用的512電極，使腦電技術(shù)的病灶定位能力得到提高；計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從最初的目視分析到現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)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(xué)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(xùn)練的生物反饋治療技術(shù)的主要途徑之一，使腦電技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用不斷拓展。

腦電圖依采集部位不同可分為頭皮表面、皮質(zhì)表面、皮質(zhì)內(nèi)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(chǎn)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(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)本身產(chǎn)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(gè)體差異、精神活動(dòng)、外界刺激、意識變化、體內(nèi)生化學(xué)改變、腦部疾病等有關(guān)。同時(shí)還包含有來自人體其他器官組織產(chǎn)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(xué)研究中的應(yīng)用

腦電具有較強(qiáng)的時(shí)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(jì)算機(jī)體層成像（PET）、磁共振成像（MRI）等，但因時(shí)空結(jié)合具有一定優(yōu)勢，因此腦電信號的分析在針灸學(xué)研究中亦有廣泛應(yīng)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(chǔ)上，20世紀(jì)80年代對腦電信號的非線性分析的提出為腦電圖技術(shù)的應(yīng)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(jià)指標(biāo)，認(rèn)知功能的鑒別等，其應(yīng)用范圍都在不斷拓展。

3.1 腦電信號作為針灸療效的評價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用 陳振虎等[4]利用腦電圖技術(shù)對電針治療血管性癡呆（VD）進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)腦電圖可用于評定VD的嚴(yán)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(yīng)用電針穴位刺激觀察對鋰——匹羅卡品誘導(dǎo)致癇大鼠行為及腦電活動(dòng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電針組大鼠平均每周自發(fā)反復(fù)發(fā)作次數(shù)明顯少于無刺激對照組大鼠。閻克樂等[6]進(jìn)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(shí)間、醒來次數(shù)以及晨間心境有不同程度影響。劉運(yùn)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(jì)學(xué)意義（P＜0.05）說明溫針灸療法能有效調(diào)節(jié)腦電α波頻率和波幅,改善抑郁癥狀。張倩等[8]應(yīng)用陰陽氣血配穴法針刺治療失眠癥并觀察對多導(dǎo)睡眠腦電圖的影響。治療組運(yùn)用針刺百會、神門、三陰交為主穴治療，陰經(jīng)穴施提插捻轉(zhuǎn)補(bǔ)法，陽經(jīng)穴是提插捻轉(zhuǎn)瀉法，對照組口服舒樂安定治療，兩組患者睡眠結(jié)構(gòu)的比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明陰陽氣血配穴針刺法可優(yōu)化失眠患者睡眠結(jié)構(gòu)，提高患者的睡眠質(zhì)量。袁英等[9]利用腦電評估針刺對意識障礙患者皮質(zhì)的即刻作用。分別對意識障礙患者的安靜閉眼、針刺患側(cè)、針刺健側(cè)3種狀態(tài)下的腦電信號的關(guān)聯(lián)維數(shù)、近似熵和復(fù)雜度非線性指數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），腦電不同部位之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。但多數(shù)患者的關(guān)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(jié)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(zhì)的即刻作用可能嚴(yán)重受影響；腦電可以在一定程度上反映針刺對皮質(zhì)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(zhì)功能區(qū)的影響，探討磁刺激穴位鎮(zhèn)痛機(jī)制。納入18名被試（男13名，女5名）參加實(shí)驗(yàn)，選取右側(cè)合谷穴作為靶點(diǎn)目標(biāo)，距離合谷穴約3 cm處的非穴位點(diǎn)作為對照點(diǎn)。磁刺激頻率為1 Hz，刺激強(qiáng)度為1.76 T，實(shí)驗(yàn)分別采集磁刺激前、中、后的腦電信號。結(jié)果揭示了磁刺激穴位可能的鎮(zhèn)痛機(jī)制。鄧元江等[11]在針刺對實(shí)驗(yàn)性癲癇大鼠癇性發(fā)作行為與腦電圖的影響的實(shí)驗(yàn)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(diào)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(dòng)物模型腦電圖的影響，研究發(fā)現(xiàn)模型組腦皮質(zhì)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(jī)制的分析方法 腦電非線性動(dòng)力學(xué)分析在針刺研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，為研究針灸的神經(jīng)機(jī)制提供了有力的工具。王革生等[13]針刺一側(cè)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(zhuǎn)換成關(guān)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(cè)腦區(qū)，留針后逐漸由對側(cè)延伸到雙側(cè)。張秀等[14]對磁刺激足三里穴位進(jìn)行了相同強(qiáng)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(fù)雜度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大腦各個(gè)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(shè)計(jì)了具有高速、實(shí)時(shí)、多路、同步特性的體表電信號采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了理論采集速度可達(dá)64 KHz，導(dǎo)聯(lián)數(shù)量最高為256導(dǎo)，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(dòng)的諸多振子共同作用的結(jié)果,是腦復(fù)雜生理電活動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的3種因素，設(shè)計(jì)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(dòng)影響的實(shí)驗(yàn)。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(dòng)，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(jì)算不同針刺階段EEG信號的LZ復(fù)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(fù)雜度的變化明顯,這說明針刺對腦部有顯著作用。通過計(jì)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(shí)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(wǎng)絡(luò)的思想引入到針刺機(jī)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(jīng)電信息研究針刺的傳導(dǎo)與作用規(guī)律。作者以神經(jīng)電信號為切入點(diǎn),采用非線性時(shí)間序列分析方法等現(xiàn)代信息處理技術(shù)對不同針刺手法所誘發(fā)的神經(jīng)電信號進(jìn)行特征分析,研究針刺的神經(jīng)編碼特性,量化和區(qū)分不同針刺手法,分析針刺對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。設(shè)計(jì)了動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)研究針刺神經(jīng)電信息的傳導(dǎo)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(jīng)系統(tǒng)（脊髓背根）、大鼠低級中樞神經(jīng)系統(tǒng)（脊髓背角）以及人高級中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦皮質(zhì)）等神經(jīng)系統(tǒng)的三個(gè)水平層次上采集了大量的神經(jīng)電信號，研究針刺對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元在不同強(qiáng)度和不同頻率的電針刺激下會產(chǎn)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(yīng)用 針刺鎮(zhèn)痛的研究中，腦電圖技術(shù)獨(dú)具優(yōu)勢，腦電雙頻指數(shù)（BIS）、邊緣頻率譜等作為目前應(yīng)用較多的衡量疼痛程度的評價(jià)指標(biāo)。豐新民等[15]探討腦電雙頻指數(shù)BIS監(jiān)測對電針刺激復(fù)合硬膜外麻醉用于婦科手術(shù)的麻醉效果評價(jià)，行硬膜外麻醉并分為3組：咪達(dá)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(jié)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(shí)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(shí)針麻組BIS值高于其他兩組。BIS值可以作為針刺復(fù)合硬膜外麻醉效果評價(jià)的客觀指標(biāo)。劉育勇等[16]電針在甲狀腺次全切除術(shù)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(shù)中對腦電雙頻指數(shù)的影響。針刺組于雙側(cè)合谷、內(nèi)關(guān)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(cè)頸叢阻滯，對照組單行頸叢阻滯，發(fā)現(xiàn)針刺組術(shù)中BIS明顯降低（P＜0.01），電針刺激可加強(qiáng)頸叢阻滯在甲狀腺次全術(shù)中的麻醉效果。童基均等[17]采用經(jīng)皮穴位電刺激及不進(jìn)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(diǎn)肌肉豐厚處垂直快速注入4 mL當(dāng)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SEF在疼痛刺激后明顯升高，然后逐漸降低，但是經(jīng)皮穴位電刺激實(shí)驗(yàn)組降低速度更快、程度更高。經(jīng)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(jià)指標(biāo)之一。倪育飛等[18]電針刺激穴位雙側(cè)合谷，右側(cè)足三里、上巨虛、左側(cè)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(jìn)行腸鏡檢查，結(jié)果表明電針能有效緩解結(jié)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(yīng)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(biāo)如關(guān)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(dòng)的變化，用非線性動(dòng)力學(xué)方法對電刺前后的兩種腦電的非線性特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)關(guān)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(jī)性和無序度降低，大腦相應(yīng)腦區(qū)的活動(dòng)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(yīng)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(dòng)生理波α消失，各區(qū)以彌慢性的大而慢的δ波活動(dòng)為主，診斷為彌漫性改變，重度異常腦電圖，提示大腦皮質(zhì)抑制，功能低下。治療后腦電圖顯示背景活動(dòng)為失律的生理波α與部分θ波摻雜，各區(qū)經(jīng)常可見不規(guī)則的θ波及短程的θ波活動(dòng)。結(jié)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(zhì)功能狀態(tài)，有非常顯著的治療和調(diào)整作用，可促進(jìn)患者戒毒。

4 展望

腦電圖技術(shù)的應(yīng)用在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中應(yīng)用廣泛，此外應(yīng)用腦電反饋進(jìn)行腦功能恢復(fù)訓(xùn)練的應(yīng)用提供了新的治療手段。非線性分析方法與腦電圖技術(shù)的結(jié)合是多學(xué)科交叉下的集合創(chuàng)新，腦電圖技術(shù)在針灸研究中除作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病療效評價(jià)指標(biāo)、疼痛程度的衡量指標(biāo)、傳導(dǎo)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。

[1]王維治，羅祖明，丁新生，等.神經(jīng)病學(xué)[M].第4版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2001：57.

[2]Brazier M A B.A history of the electrical activity of the brain：the first half-century[M].New York：Macmillan，1961.

[3]黃遠(yuǎn)桂，吳聲伶.臨床腦電圖學(xué)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1984：88－91.

[4]陳振虎，賴新生，江鋼輝.電針對血管性癡呆患者腦電圖的影響[J].中國中西醫(yī)結(jié)合雜志，2006，26（8）：738－740.

[5]王津存，黃遠(yuǎn)桂，溫曉妮，等.電針穴位刺激對鋰——匹羅卡品誘導(dǎo)致癇大鼠行為及腦電活動(dòng)的影響[J].中國臨床康復(fù)，2006，10（7）：110－112.

[6]閻克樂，袁立壯，張文采，等.電針影響腦電和睡眠及心境的研究[J].心理科學(xué)，2004，27(5)：1206-1208.

[7]劉運(yùn)珠，劉布谷，羅有年，等.溫針灸夾脊穴治療抑郁癥患者30例療效觀察及對其腦α電波的影響[J].中醫(yī)雜志，2008，49（11）：995－997.

[8]張 倩，白 妍，東貴榮.陰陽氣血配穴法針刺調(diào)節(jié)失眠癥睡眠腦電的臨床研究[A].世界針灸學(xué)會聯(lián)合會成立20周年暨世界針灸學(xué)術(shù)大會論文摘要匯編[C].北京：中國針灸學(xué)會，2007：298.

[9]袁 英，吳東宇，杜巨豹，等.針刺對意識障礙患者皮質(zhì)作用的腦電非線性分析[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2007，22（11）：971－973.

[10]于洪麗，徐桂芝，楊 碩，等.磁刺激穴位鎮(zhèn)痛誘發(fā)的腦電信號特征成分及源定位[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2011，15（9）：1639－1642.

[11]鄧元江，劉衛(wèi)英，梁偉雄，等.針刺對實(shí)驗(yàn)性癲癇大鼠癇性發(fā)作行為與腦電圖的影響[J].四川中醫(yī)，2006，24（4）：16－18.

[12]莊明華，白 曄，丁 山，等.電針刺激筋縮穴對癲癇大發(fā)作和癲癇持續(xù)狀態(tài)動(dòng)物模型腦電圖的影響[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2006，28（10）：673－675.

[13]王革生，王玉來，王愛成，等.腦電非線性分析在針刺研究中的應(yīng)用一例[J].中華中醫(yī)藥雜志，2008，23（12）：1116－1118.

[14]張 秀，徐桂芝，楊 碩.磁刺激足三里腦電復(fù)雜度研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2009，28(4)：620-623.

[15]豐新民，李 進(jìn)，吳 昱，等.腦電雙頻指數(shù)對電針刺激復(fù)合硬膜外麻醉用于婦科手術(shù)的麻醉效果評價(jià)[J].中國中西醫(yī)結(jié)合雜志，2010，30（2）：150－152.

[16]劉育勇，李雅蘭，蔡明雪，等.電針在甲狀腺次全切除術(shù)中對腦電雙頻指數(shù)的影響[J].中國中西藥結(jié)合雜志，2006，26（12）：1070－1073.

[17]童基均，朱丹華，陳裕泉，等.基于邊緣頻譜分析的針灸鎮(zhèn)痛效果研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，3（7）：1214-1217.

[18]倪育飛，張維峰，李 軍，等.電針刺激穴位對腸鏡檢查病人腦電雙頻指數(shù)和β內(nèi)啡肽的影響[A].杭州：浙江省麻醉學(xué)學(xué)術(shù)會議論文[C]，2009：396.

[19]耿躍華，徐桂芝，楊 碩，等.磁刺激神門穴腦電信號的非線性動(dòng)力學(xué)分析[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2009，13（4）：675－679.

[20]沈 花，王寶俊，唐孝威.電刺足三里穴腦電信號的非線性動(dòng)力學(xué)方法初探[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2006，23（3）：216－219.

[21]朱 萍.吸毒致缺氧性腦病針灸治療前后腦電圖對比分析 1 例[J].上海針灸雜志，2009，28（1）：28.