單側睜眼閉眼引起的全腦腦電圖差異研究

王 坤 崔維棋 李國珍 陳昭燃

(首都醫科大學基礎醫學院神經生物學系 高級腦功能研究中心，北京 100069)

過去的幾十年中，在臨床和實驗控制條件下，腦電技術已經被廣泛應用于大腦的研究。在人的頭皮，可以記錄到自發腦電(electroencephalography)，大多數健康成年人的腦電以α波(8～13 Hz)為主，在無任務清醒閉眼狀態(即靜息狀態)時幅度最高，主要分布在頂枕區;而睜眼后幅度會有一定的降低［1-2］。有實驗［3］顯示，在靜息狀態下，分別對被試者清醒閉眼和睜眼的腦電數據進行分析，發現閉眼狀態下全腦α波的平均功率比睜眼狀態下強。在七波段(Delta，Theta，Alpha-1，Alpha-2，Beta-1，Beta-2，Gamma)的任意波段，區別都很明顯［4］。結果證實了使用α波平均功率水平作為衡量靜息狀態下睜眼閉眼狀態的標準［5-6］。

一項以鴿子為研究對象的實驗［7］顯示單側眼睛的關閉和大腦兩半球不對稱之間存在關聯。對于一個已知的大腦半球，對側眼睛閉合的時候，標準化的2～4 Hz腦電圖能量比眼睛睜開時更大。而單側外界光線刺激引起的對側大腦半球及視覺皮質的變化，經過視交叉傳入，胼胝體整合兩邊的頭腦反應是否是一種持續性變化從而引起兩側EEG圖譜一致?或者僅僅是一種短暫刺激輸入，引起EEG區域能量圖存在區別?相關的研究報道很少。

有研究［8］證實，在視覺輸入時使α波活性增加的量減少的主要變量因素可能是通過閉眼或熄滅光線。本研究的重點是通過分析EEG數據，在15個受試者清醒靜息的狀態，當受試者分別睜開和閉合單側的眼睛(另一側遮蔽，眼睛保持睜開狀態)時，計算128-channel全波段平均波動的能量，并比較全腦能量的差異。進一步利用Two Way RM ANOVA得到單側閉眼與睜眼兩種情況下差異有統計學意義的波段，以此探討在單側閉眼與睜眼狀態下大腦七波段活動的差異。

1 研究對象與方法

1.1 對象

本試驗通過校園廣告招募本校大學生15名，均為男性，年齡在19～27歲，平均年齡24歲。受試者要求:經中文版愛丁堡左右利手量表測量均為右利手。實驗開始前每位受試者需要認真填寫特質焦慮量表、狀態焦慮量表、自我效能量表和簡明恐懼量表以確保每位受試者的心理狀態均在正常值范圍內。排除精神疾病、神經病史及手臂手指外傷手術史。視力正常或校正至正常。近期內未用任何精神類藥物。本試驗經過首都醫科大學倫理委員會批準，符合赫爾辛基宣言的精神。實驗在首都醫科大學高級腦功能研究中心完成，實驗前每位受試者都自愿簽署知情同意書。

1.2 方法

1)實驗設備

荷蘭ANT公司生產的腦電信號采集系統，ASA數據處理系統，Sigma Stat version 3.5軟件系統，單側遮蔽的眼鏡等。

2)實驗過程

EEG采集:實驗采用荷蘭ANT公司生產的128導腦電信號采集系統，采樣頻率為256 Hz。參考電極取雙耳連接，頭皮電阻小于5 kQ，并同時記錄水平眼電和垂直眼電。實驗包括兩部分:① 在一個安靜的房間中，要求受試者保持安靜、閉眼、放松的狀態坐在舒適的椅子上，盡量不移動頭部，以減少頭動和身體移動對腦電信號的影響;② 在受試者靜息狀態時，分別在單側眼閉眼和睜眼時(左開/左閉，右開/右閉)分別記錄2 min EEG(遮蔽的眼睛保持睜眼狀態，但光刺激被阻斷)(圖1)。

圖1 實驗過程中，受試者單側睜眼閉眼Fig.1 In the process of experiment，participants unilateral eyes-open and eyes-closed

EEG數據處理:完成連續記錄EEG后離線(offline)處理數據。用ASA軟件矯正DC飄移，0.01 Hz～100 Hz低通濾波，50 Hz市電干擾，去眨眼、頭動等偽跡，因眼電偽跡和其他偽跡產生的振幅在±80 μV2之外的在疊加中被自動剔除。在去除眼電干擾及偽跡之后，EEG時間窗為2 s，數據經過快速傅里葉轉換FFT，從而獲得每個電極點7個波段腦電能量μV2，其中七波段腦電波包括 Delta(0.5 ～3.5 Hz)，Theta(4 ～7 Hz)，Alpha-1(7.5 ～9.5 Hz)，Alpha-2(10 ～12 Hz)，Beta-1(13～23 Hz)，Beta-2(24～34 Hz)和 Gamma(35 ～45 Hz)［2］。

1.3 統計學方法

全部資料均采用SigmaStat Version 3.5軟件進行分析，數據資料用Two Way RM ANOVA統計檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

分別記錄受試者在單側閉眼和睜眼時2 min腦電信號，經過離線分析處理，快速傅里葉轉換，結果在七波段腦電圖波幅地形圖上顯示，閉眼和睜眼時相比，主要在Alpha-1和Alpha-2存在明顯的差別(Alpha-1，P=0.038;圖 2;Alpha-2，P=0.02 圖 3);單側睜眼閉眼，波幅差異無統計學意義〔Alpha-1(P=0.502)和Alpha-2(P=0.984)〕，其他波段差異均無統計學意義(表1)。

圖2 Alpha-1波圖譜及統計分析結果Fig.2 Alpha-1 bandchart and statistic analysis result

圖3 Alpha-2波圖譜及統計分析結果Fig.3 Alpha-2 bandchart and statistic analysis result

3 討論

本課題組研究了15個健康的年輕男性在單側眼睛睜開和閉合時的腦電圖譜的差異。以往的研究［3-6］中，注意力主要在于兩側的眼睛接受任務刺激時大腦全波段能量的改變，而很少關注單側眼睛接受刺激時的變化。本實驗研究了受試者在靜息狀態下單側眼睜開和閉合時，大腦七波段腦電能量的變化。在靜息的條件下，正常健康人閉上眼睛時，腦電活動中α波的活動扮演了重要的角色，視覺刺激抑制其活動。后來的研究［9］也指出，當受試者睜眼時，α波活動降低最為顯著，盡管這種聯系的潛在機制尚不清楚。有研究［10］顯示左側額葉α波活動強度比右側額葉α波活動強度小，表明左側額葉比右側額葉活動更強烈。而有研究［11］也表明由睜眼閉眼引起的額葉α波事件相關同步性轉變，或許是一種老年癡呆癥患者的早期腦磁圖變化，它很可能是代表疾病生理狀態的標志。因此近年來對于α波課題的研究越來越多。但是α波本身不是很持續穩定的，強弱不一，而且α波易受情緒、年齡等因素的影響而變化。本研究把注意力集中到大腦七波段EEG地形圖的變化上，結果表明，閉眼情況下α波功率顯著高于睜眼，比較七波段(包括Alpha-1，Alpha-2)單側眼睛睜閉時，差異無統計學意義，證明單側外界光線刺激引起的對側大腦半球及視覺皮質的變化，經過視交叉(optic chiasm)傳入，胼胝體(corpus callosum)整合兩邊的頭腦反應是一種持續性變化，兩側半球七波段EEG變化一致，而非僅僅是一種短暫的信號傳入對側的視覺腦區，而單側眼睛睜閉時，或者同一只眼睛接受的光刺激會同時向兩側視覺皮質有所投射，所以即使不通過胼胝體，也可能出現本研究所觀察到的現象，分析單側腦半球Alpha波(包括Alpha-1，Alpha-2)的差異性時，提示出現了明顯的差異。

表1 單側睜眼閉眼條件下，大腦7波段EEG能量統計學結果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

表1 單側睜眼閉眼條件下，大腦7波段EEG能量統計學結果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

EEG:electroencephalogram;L-EO:left eye open;L-EC:left eye closed;R-EO:right eye open;R-EC:right eye closed.

Spectral regional L-EO L-EC R-EO R-EC Delta 43.981 ±12.68 36.469 ±7.40 31.277 ±5.344 49.264 ±10.597 Theta 3.731 ±0.612 3.581 ±0.389 3.101 ±0.262 3.532 ±0.397 Alpha-1 1.704 ±0.344 3.396 ±1.074 2.133 ±0.73 4.362 ±1.376 Alpha-2 3.753 ±1.481 11.616 ±3.02 4.681 ±2.501 12.512 ±3.936 Beta-1 3.486 ±0.736 4.878 ±0.936 3.883 ±0.856 4.119 ±0.829 Beta-2 2.499 ±0.581 2.741 ±0.826 2.739 ±0.658 1.769 ±0.464 Gama 2.129 ±0.479 2.667 ±0.851 3.05 ±0.836 1.638 ±0.525

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