医学电生理学

医学电生理学第一页，共八十页，2022年，8月28日

第一节中枢神经系统内兴奋和抑制的相互作用

人类中枢神经元数量巨大,神经通路十分复杂。中枢神经系统内信息加工的方式有许多种，其中兴奋和抑制的相互作用是其主要方式。传入神经元与中枢神经元之间、中枢内神经元与神经元之间,以及传出神经元与效应器细胞之间,都通过突触(synapse)传递信息。传出神经元与效应器细胞之间的突触也称为接头(junction)。

一、突触传递

根据信息传递媒介物性质的不同,突触可分为化学性突触(chemicalsynapse)和电突触(electricalsyhapse)两类,前者的信息传递媒介物是神经递质,而后者的信息传递媒介物则为局部电流。化学性突触一般由突触前成分、突触间隙和突触后成分三部分组成,根据突触前、后成分之间有无紧密的解剖学关系,可分为定向突触(directedsynapse)和非定向突触(non-directedsynapse)两种模式,前者末梢释放的递质仅作用于范围极为局限的突触后成分,如经典的突触和神经-骨髓肌接头；后者末梢释放的递质则可扩散至距离较远和范围较广的突触后成分,如神经-心肌接头和神经-平滑肌接头。第二页，共八十页，2022年，8月28日

（一）

经典的突触传递

1.突触传递的过程

当突触前神经元的兴奋传到神经末梢时,突触前膜发生去极化,当去极化一定水平时,前膜上电压门控Ca2+

通道开放,细胞外Ca2+进入突触前末梢内。

Ca2++钙调蛋白结合Ca2+-CaM复合物激活钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ突触蛋白I发生磷酸化突触小泡表面解离从而解除突触蛋白I对突触小泡与前膜融合和释放递质的阻碍作用突触小泡内递质的量子式释放。

第三页，共八十页，2022年，8月28日

递质的释放量与进入神经末梢内的Ca2+量呈正相关。如果细胞外Ca2+

浓度增高,或Mg2+

浓度降低,递质释放将增多,反之则递质释放受到抑制。

递质释放入突触间隙后,经扩散抵达突触后膜,作用于后膜上特异性受体或化学门控通道，引起后膜对某些离子通透性的改变,使某些带电离子进出后膜,突触后膜即发生一定程度的去极化或超极化。这种发生在突触后膜上的电位变化称为突触后电位(postsynapticpotential)。第四页，共八十页，2022年，8月28日2.突触后电位

根据突触后膜发生去极化或超极化,可将突触后电位分为兴奋性和抑制性突触后电位两种。此外,根据电位时程的长短又可分为快、慢突触后电位两种。

快突触后电位:

(1)兴奋性突触后电位:突触后膜在递质作用下发生去极化,使该突触后神经元的兴奋性升高,这种电位变化称为兴奋性突触后电位(excitatorypostsynapticpotential，EPSP)。

(2)抑制性突触后电位:突触后膜在递质作用下发生超极化,使该突触后神经元的兴奋性下降,这种电位变化称为抑制性突触后电位(inhibitorypostsynapticpotential,IPSP)。第五页，共八十页，2022年，8月28日

慢突触后电位:

在自主神经节和大脑皮层的神经元中常可记录到慢EPSP和慢IPSP,其潜伏期通常为100~500ms,并可持续数秒钟。一般认为,慢EPSP由膜的K+电导降低所致,而慢IPSP则由K+电导增高而引起。此外,在交感神经节的神经元中还发现一种迟慢EPSP,其潜伏期为1~5s,持续时间可达10~30min。这种迟慢EPSP的形成可能部分由膜的K+电导降低所致。

慢突触后电位的产生一般是由促代谢型受体介导，有胞内地二信使得参与。由K+通道的关闭与开放引起的，与不同的递质和受体有关，Ach激活毒覃碱受体（MR）能关闭这个K+通道，因而被称为M通道。目前已在自主神经节、脊髓、海马和大脑皮层发现了M通道，而且已经克隆了M钾通道的亚基的基因。慢突触后电位一般不直接引起神经元的兴奋和抑制，但影响神经元的兴奋性，影响神经元发放冲动的频率。

第六页，共八十页，2022年，8月28日

慢突触后电位通过影响兴奋性突触后电位的幅度，起调制突触传递功效的作用。第七页，共八十页，2022年，8月28日3.突触后神经元的兴奋与抑制

由于一个突触后神经元常与多个突触前神经末梢构成突触,而产生的突触后电位既有EPSP，也有IPSP,因此,突触后神经元胞体就好比是个整合器,

突触后膜上电位改变的总趋势取决于同时产生的EPSP和IPSP的代数和。当总趋势为超极化时,突触后神经元表现为抑制；而当突触后膜去极化时,则神经元的兴奋性升高,如去极化达阈电位,即可爆发动作电位。

动作电位首先发生在轴突始段。这是因为始段较为细小，EPSP扩布至该处引起的跨膜电流密度较大；更重要的是由于此处膜上电压门控Na+

通道的密度较大,而在神经元胞体和树突膜上Na+通道的分布很少。在轴突始段爆发的动作电位,可沿轴突扩布至末梢而完成兴奋传导；也可逆向传到胞体,其意义可能在于消除细胞此次兴奋前不同程度的去极化或超极化,使其状态得到一次刷新。第八页，共八十页，2022年，8月28日

图2-2-1兴奋性突触后电位(EPSP)和抑制性突触后电位(IPSP)

A.电位记录:图中记录电极插入支配股直肌(伸肌)的脊髓前角运动神经元胞体内,以适当强度电剌激相应的后根传入纤维,在该运动神经元内可记录到EPSP,如果电极插入支配半膜肌(屈肌)的运动神经元内,则可记录到IPSP,黑色神经元为抑制性中间神经元；B.EPSP:在一定范围内加大剌激强度,EPSP的去极化程度随之增大(上面三个记录),当去极化达到阈电位时，即可爆发动作电位(最下面一个记录),上线:神经元胞内电位记录,下线:后根传入神经电位记录；C.IPSP:当剌激强度逐渐加大时，IPSP的超极化程度随之增大(自上而下),上线:后根传入神经电位记录，下线:神经元胞内电位记录

第九页，共八十页，2022年，8月28日

4.突触传递的调节

突触传递可受多种因素的调节。概括起来主要有对突触前末梢递质释放的调节和对突触后膜受体的调节两个方面。

(1)对突触前末梢递质释放的调节:

①突触前末梢递质的释放量主要决定于进入末梢的Ca2+量,凡是能影响Ca2+内流的因素都可改变递质的释放量。

②其次,突触前膜上存在突触前受体,它们可在某些神经调质或神经递质的作用下改变突触前膜对递质释放的量。

③此外,突触前膜还能通过加速或减慢对所释放递质的重摄取和酶促代谢过程来调节突触传递效应。

(2)对突触后膜受体的调节:

突触后膜的受体在相应的配体发生改变时,其数量和与配体的亲和力可发生改变,从而使突触传递的效应得到调节。第十页，共八十页，2022年，8月28日

(二)非定向突触传递

非定向突触传递首先是在研究交感神经对平滑肌和心肌的支配方式时发现的。

交感肾上腺素能神经元轴突末梢有许多分支,在分支上形成串珠状的膨大结构，称为曲张体(varicosity)。曲张体外为雪旺氏细胞包裹，曲张体内含有大量小而具有致密中心的突触小泡，内含有高浓度的去甲肾上腺素；但曲张体并不与突触后成分形成经典的突触联系,而是沿着分支位于突触后成分的近旁。当神经冲动到达曲张体时,递质从曲张体释放出来,以扩散方式到达突触后成分上的受体，使突触后成分发生反应。这种模式也称为非突触性化学传递(non-synapticchemicaltransmission)。

第十一页，共八十页，2022年，8月28日

非定向突触传递也存在于中枢神经系统中。例如,在大脑皮层内有直径很细的无髓去甲肾上腺素能纤维,其末梢分支上有许多曲张体,这种曲张体绝大部分不与其相连接的神经元形成经典的突触,而是形成非定向突触。黑质多巴胺能纤维也有许多曲张体,且绝大多数为非定向突触传递。中枢5-HT能纤维也以这种模式进行传递。由此看来,单胺类神经纤维都能进行非定向突触传递。此外,非定向突触传递还能在轴突末梢以外的部位进行,如有的轴突膜能释放乙酰胆碱,有的树突膜能释放多巴胺等。

第十二页，共八十页，2022年，8月28日

与定向突触传递相比,非定向突触传递具有以下特点:①突触前成分和突触后成分并非一一对应,且无特化的突触前膜和后膜结构；②曲张体与突触后成分之间的距离一般大于20nm;③一个曲张体释放的递质可作用于较多的突触后成分,即作用部位较分散而无特定靶点；④递质扩散的距离较远,且远近不等,因此突触传递时间较长且长短不一；⑤释放的递质能否产生信息传递效应,取决于突触后成分上有无相应的受体。图非定向突触传递的结构示意图

第十三页，共八十页，2022年，8月28日(三)电突触传递

电突触传递的结构基础是缝隙连接(gapjunction)。在两个神经元紧密接触的部位,两层膜间隔有2～4nm,连接部位的细胞膜并不增厚,膜两侧近旁胞质内不存在突触小泡,两侧膜上有沟通两细胞胞质的水相通道蛋白,它由12个亚单位组成,并围成一个六瓣花瓣样的孔道结构。孔道允许带电小离子和小于1.O~1.5kD或直径小于1.Onm的小分子物质通过。局部电流和EPSP也可以电紧张扩布的形式从一个细胞传递给另一个细胞。电突触无突触前膜和后膜之分，一般为双向性传递；又由于其低电阻性,因而传递速度快,几乎不存在潜伏期。电突触传递在中枢神经系统内和视网膜上广泛存在,主要发生在同类神经元之间,具有促进神经元同步化活动的功能。第十四页，共八十页，2022年，8月28日二、突触传递抑制与易化

(一)中枢抑制

中枢抑制(centralinhibition)也是主动的过程。在任何反射活动中,反射中枢总是既有兴奋又有抑制,正因为如此,反射活动才得以协调进行。中枢抑制可分为突触后抑制(postsynapticinhibition)和突触前抑制(presynapticinhibition)

两类。

1.突触后抑制

哺乳类动物的突触后抑制者是由抑制性中间神经元释放抑制性递质,使突触后神经元产生IPSP,从而使突触后神经元发生抑制的。突触后抑制有传入侧支性抑制和回返性抑制两种形式。

(1)传入侧支性抑制:

传人纤维进入中枢,一方面通过突触联系兴奋某一中枢神经元；另一方面通过侧支兴奋一抑制性中间神经元,再通过后者的活动抑制另一中枢神经元。这种抑制称为传入侧支性抑制(afferentcollateralinhibition)。

(2)回返性抑制:

中枢神经元兴奋时,传出冲动沿轴突外传,同时又经轴突侧支兴奋一个抑制性中间神经元,后者释放抑制性递质,反过来抑制原先发生兴奋的神经元及同一中枢的其他神经元。这种抑制称为回返性抑制(recurrentinhibition)。

第十五页，共八十页，2022年，8月28日

和脊髓运动神经元的IPSP相比，脑神经元的IPSP的主要特征是：

①反应的振幅较大，这可能是由于抑制性突触的分布主要在细胞外的周围。

②反应的持续时间较长，通常超过100ms。

③反应呈阶梯或分级现象。在这些抑制性突触后电位中，有时可区分出具有单元性质的小的亚成分。

④皮层神经元产生IPSP的离子机制没有脊髓运动神经元那样特异，在出现抑制性活动时，皮层神经元膜对范围很广的阴离子均有通透性，而不只是单对Cl-有通透性。

第十六页，共八十页，2022年，8月28日

2.突触前抑制

突触前抑制(presynapticinhibition)

是在研究脊髓背表面电位、背根电位（DRP）、背根反射（DRR）的基础上提出来的，但都和脊髓内初级传入去极化（PAD）有关。现知广泛地存在于脑的低级水平。如脊髓的初级传入纤维的突触转换站。现已证明，楔核、丘脑的腹侧基底核、外膝体感觉驿站以及许多脑感觉神经的中继站上都存在着突触前抑制通路。用微电极在楔核的传入纤维以及视束纤维的末端纤维内记录都能记到末端的去极化。因此，突触前抑制不仅是传入的有效控制机制之一，而且也直接影响着传出效应。

如图所示,轴突末梢A与运动神经元构成轴突-胞体式突触;轴突末梢B与末梢A构成轴突-轴突式突触,但与运动神经元不直接形成突触。若仅兴奋末梢A,则引起运动神经元产生一定大小的EPSP；若仅兴奋末梢B,则运动神经元不发生反应。若末梢B先兴奋,一定时间后末梢A兴奋,则运动神经元产生的EPSP明显减小。

第十七页，共八十页，2022年，8月28日其机制是:

①末梢B兴奋时,释放GABA作用于末梢A上的GABAA

受体,引起末梢A的Cl-电导增加,膜发生去极化,使传到末梢A的动作电位幅度变小,时程缩短,结果使进入末梢A的Ca2+减少,由此而引起递质释放也减少最终导致运动神经元的EPSP减小。

②在某些轴突末梢上还存在GABAB

受体,该受体激活时,通过增加第二信使IP3

和DG,使膜上K+通道开放,引起K+外流,也将减少末梢A的Ca2+内流而产生抑制效应。

③此外,可能还有别的递质通过G蛋白影响Ca2+通道和K+通道的功能而介导突触前抑制。第十八页，共八十页，2022年，8月28日图2-2-3触前抑制和突触前易化的神经元联系方式及机制示意图A.神经元联系方式;B.机制详见正文

第十九页，共八十页，2022年，8月28日(二)中枢易化

中枢易化(Centralfacilitation)也可分为突触后易化和突触前易化。

突触后易化(postsynaptic

facilitation)表现为EPSP的总和。由于突触后膜的去极化,使膜电位靠近阈电位水平,如果在此基础上再出现一个剌激,就较容易达到阈电位而爆发动作电位。

脑内经过充分研究并且具有代表性的兴奋性接头是小脑的攀缘纤维与蒲倾野氏细胞树突之间的兴奋性接头。刺激攀缘纤维可在蒲倾野氏细胞内记到一去极化电位，即兴奋性突触后电位（EPSP）。其时程和脊髓运动神经元EPSP的时程相似，但比脑内其它部位所记录到的抑制性突触后电位（IPSP）的时程要短得多。由攀缘纤维刺激所引起的EPSP是单元性的。当单根攀缘纤维被激活后，EPSP的振幅为20-30mV。随着刺激强度的增加，EPSP的振幅按比例地增大。脑神经元兴奋性突触的另一个特征是频率强化效应，即重复刺激可使诱发的EPSP振幅有明显的增大。这种强化效应在海马齿状回的神经元，红核神经元以及运动皮层的大锥体细胞体上都能被观察到。

第二十页，共八十页，2022年，8月28日

突触前易化(presynapticfacilitation)与突触前抑制具有同样的结构基础。在图2-2-3中,如果到达末梢A的动作电位时程延长,则Ca2+通道开放的时间延长,因此进入末梢A的Ca2+

数量增多,末梢A释放递质增多,最终使突触末梢释放某种递质(如5-HT),引起细胞内cAMP水平升高,使K+

通道发生磷酸化而关闭,从而延缓动作电位的复极化过程。

第二十一页，共八十页，2022年，8月28日(三)突触传递的可塑性

突触的可塑性(plasticity)是指突触传递的功能可发生较长时程的增强或减弱。这些改变在中枢神经元的活动中,尤其是脑的学习和记忆等高级功能中具有重要意义。突触的可塑性有以下几种形式。

1．强直后增强:突触前末梢在接受一短串强直性剌激后,突触后电位发生明显增强的现象称为强直后增强(posttetanicpottention)。强直后增强的持续时间可长达60s之久。其机制是强直性刺激使Ca2+

在突触前神经元内积累,以至于胞质内Ca2+

的结合位点全部被占据，细胞内游离Ca2+

的浓度持续升高,使突触前末梢持续释放神经递质，导致突触后电位增强。

第二十二页，共八十页，2022年，8月28日

2．习惯化和敏感化

当重复给予较温和的刺激时,突触对剌激的反应逐渐减弱甚至消,这种可塑性称为习惯化(habituation)。习惯化是由于重复刺激使Ca2+

通道逐渐失活,Ca2+内流减少,突触前末梢递质释放减少所致。习惯化可能是短时程的,但是，如果温和的刺激多次重复,其时程也可能延长。

敏感化(sensitization)则表现为重复出现的较强的刺激(尤其是伤害性刺激)使突触对刺激的反应性增强,传递效能增强。敏感化是由于激活了腺苷酸环化酶，c-AMP产生增多,Ca2+

内流增加突触前末梢递质释放增多所致。第二十三页，共八十页，2022年，8月28日第二十四页，共八十页，2022年，8月28日

3．长时程增强和长时程抑制

（1）长时程增强(long-termpotentiation，LTP)是突触前神经元受到短时间的快速重复性刺激,在突触后神经元快速形成的持续时间较长的突触后电位增强。它类似于强直后增强,但持续时间要长得多,最长可达数天。它的形成机制也和强直后增强不同，是由突触后神经元胞质内Ca2+

增加(而不是突触前神经元胞质内Ca2+增加)而引起的。LTP可以在中枢许多部位尤其在海马等与学习记忆有关的脑区发生，因此不少学者把它看做是学习与记忆的神经基础。

第二十五页，共八十页，2022年，8月28日

图海马schaffer侧支-CA1区突触的LTP

A.海马脑片上，刺激电极1为实验组，刺激电极2为对照组，安置在chaffer侧支的不同部位上，记录电极安置在CA1区细胞外，记录集合电位；B.左：刺激电极1给予强直刺激前后，用单次测试刺激引起的CA1区集合电位，右：刺激电极2给予强直刺激后单次测试刺激引起的CA1区集合电位；C.每30s记录的强直刺激前后突触反应的提高率（用电位斜率提高的百分率表示）

第二十六页，共八十页，2022年，8月28日NMDAreceptor：N-甲基-D-门冬氨酸受体；Q/Kreceptor：也称非NMDA受体，或称AMPA受体（α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体）第二十七页，共八十页，2022年，8月28日

图HFS前与HFS后30min三组群体电位幅值变化

A.正常组B.模型组C.电针组

电针对海马LTP的影响第二十八页，共八十页，2022年，8月28日图各组大鼠LTP斜率百分比的比较

Fig.SlopechangesofLTPindifferentgrouprats.银杏酮酯对实验性衰老大鼠LTP的影响第二十九页，共八十页，2022年，8月28日

（2）长时程压抑(long-termdepression,LTD)

则与LTP的情况相反，是指突触传递效率的长时程降低。已在海马、小脑皮层和新皮层等脑区内观察到LTD的存在。LTD可能与LTP有相似的产生机制，都是由Ca2+进入突触后神经元而引起，但不同的是产生LTD时仅有少量Ca2+内流，神经元仅发生轻度（＜20mV）去极化；而产生LTP时需要大量Ca2+内流，去极化程度也大得多。LTD在不同部位的产生机制不尽相同。有关LTD详细确切的生理学作用也有待于进一步研究。第三十页，共八十页，2022年，8月28日第三十一页，共八十页，2022年，8月28日

第三节容积导体

中枢神经系统是由大量的神经细胞所组成，这些神经细胞又都是浸浴在体液中。由于这些体液是有导电性能的电解质，所以脑内某些神经元活动而产生的电流变化，往往影响整个中枢神经系统所发生的电变化，从而可以在整个容积导体的范围内引导到电反应。反之，在某个部位记录到的电变化，并不意味着电变化就发生在这个部位。例如脑电波可在头皮上引导，但电位却发生在颅内。又如我们在四肢可以记录到心电图，但心电图却发生在心脏内。因此，要正确地了解脑及整个中枢神经系统的电现象，就必须首先掌握容积导体的原理。第三十二页，共八十页，2022年，8月28日一、容积导体内的电场分布

我们用一个培养皿，里面放导电溶液（盐水），底下放一张坐标纸，再放入两根电极，分别联于电池的正极和负极。当电极和干电池接通后，整个导电溶液都有电流流过。电流流动的方向如图2-2-1中实线所示，即由正极流向负极。电流发出的部位（正极）称为电源；电流流入的部位（负极）称为电汇（或电穴）。虚线为等电位线

第三十三页，共八十页，2022年，8月28日

根据以上原理，在实际应用中应注意下列几个问题：

1．单极引导时参考电极应放在容积导体内相对不活跃的部位，离电场越远越好，也就是放在活动组织所产生的电场影响之外的部位（即零电位处）才能测出活动点真正的电位绝对值。可是实际测量中绝对零电位点找不到，除非无穷远处，所以找个相对零电位处，如测量脑电等参考电极往往放于耳垂处。

2．用双极引导法记录，由于两个记录电极都放在组织活动时所产生的电场当中，所测得的电位只能表示两电极之间的电位差。如果这两个测试电极恰好放在同一等电位线上，则没有电位差。两个电极的相对位置越近，电位差也越小。双极引导时电极间距离决定记录电位的大小。

3．记录电极距离产生电活动的组织越近，则所记录到的电位变化也越大。第三十四页，共八十页，2022年，8月28日

二、神经细胞在容积导体内的电场分析

1．三相动作电位

神经冲动在神经纤维上传导时是以局部电流的方式向前扩布的。而正是冲动所在的部位的电位比它的前方和后方均负（膜外），故为电汇，而前后两侧的静息电位正，故为电源（分前源和后源）。那么形成的局部电流方向是从前源和后源同时流向冲动部位。

如果假定神经冲动暂时停留在中间部位不动，我们用单极引导法将记录电极沿神经冲动附近测量，则可记录到一个正、负、正的三相动作电位，对应于前源、电汇（冲动部位），后源。事实上冲动是不断地移动的，我们可以将记录电极固定在电场中某一点上，当神经冲动经过时，将会记录一个正、负、正的三相动作电位。

第三十五页，共八十页，2022年，8月28日2．影响容积导体所记录的神经动作电位的因素

（1）记录电极所在的部位对波形的影响。记录电极放在神经的不同部位，会影响电位的正负相和电位的大小。第三十六页，共八十页，2022年，8月28日

（2）记录电极与活动组织之间的距离对幅度的影响。记录电极离活动组织（神经）的距离愈近，则所记录到的电位幅度愈大；反之，距离愈远，则电位幅度愈小。

第三十七页，共八十页，2022年，8月28日

（3）单极引导或双极引导对记录电位的影响。真正的正电位与负电位只能用单极引导才能得到。

（4）电极的粗细与部位对记录电位的影响。在一定范围内，电极愈细，记录到的电位愈大。

（5）原动力的大小。

第三十八页，共八十页，2022年，8月28日

第三节大脑皮层电活动的一般特性

一、单个皮层神经元的电活动

大脑皮层中的神经元与其它神经元一样，它的基本电活动包括细胞膜静息电位，由再生式的电活动所产生的神经冲动的传导，在突触传递过程中所产生的兴奋性或抑制性突触后电位。

除了上述三种电位之外，还有一种树突电位，叫快速前电位。

第三十九页，共八十页，2022年，8月28日

二、大脑皮层神经元电活动的特性

1．当有传入冲动到达大脑皮层中某一个神经元时，往往引起相继的兴奋性反应或抑制性反应。

2．皮层细胞的突触后电位与脊髓运动神经元的突触后电位相比，时间过程较长，超过用膜的时间常数可以解释的程度。

3．大脑皮层神经元的膜电位不稳定，连续不断地在波动着，也就是在产生峰电位的阈值水平附近波动着。因此会常产生连续不断的冲动发放。

4．“自发”放电的频率在10-30次／秒，而大脑皮层神经元的生理状态往往是用它的发放频率来表征的。

5．如果有传入冲动作用于大脑皮层的神经细胞，即使突触前纤维中只有单个传入冲动，皮层神经元也往往是以一连串的发放为反应的。

第四十页，共八十页，2022年，8月28日大脑中的各种电位变化：1.恒电位2.慢电位3.自发脑电4.诱发脑电第四十一页，共八十页，2022年，8月28日

第四节脑诱发电位

诱发电位是指人工的或自然的特异刺激所引起的中枢神经系统的电位变化。它不同于自发电位。在感觉系统中，诱发电位是指感受器受刺激时在中枢内所引起的电位变化。

诱发电位是研究中枢神经系统机能的一项重要方法。由于人脑的结构和功能极其复杂，然而要直接研究（如手术）人的大脑有许多困难，而诱发电位的方法给研究中枢神经系统（尤其是人大脑）的结构和功能提供了一个方便而有效的途径。随着电子计算机的应用对诱发电位研究非常深入，现已普遍应用于临床诊断。

诱发电位有多种分类方法，临床实用的分类：

1.外源性的感觉与运动功能有关的刺激相关电位（SRP）

a.SEP(somatosensoryevokedpotential)

b.MEP(motorevokedpotential)。

2.内源性的与认知功能有关的事件相关电位（ERP）第四十二页，共八十页，2022年，8月28日

一、诱发电位的定义

张香桐先生1959年给诱发电位下的定义是：

凡是对感觉器官、感觉神经、感觉通路或与感觉系统的任何有关结构进行特定的刺激，因而在脑中任何部位产生可测出的电位变化，都叫做诱发电位。

如果更广泛地说，可以把诱发电位定义为：

凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给于刺激或除去刺激时引起中枢神经系统中或在传出的通路中产生可测出的任何电位变化，都称为诱发电位

第四十三页，共八十页，2022年，8月28日诱发电位定义:

凡是外加一种或多种特定的刺激，作用于传入、传出途径或中枢的某一部位，在给于刺激或除去刺激时引起中枢神经系统中或在传入、传出的通路中产生可测出的任何电位变化，都称为诱发电位

第四十四页，共八十页，2022年，8月28日二、诱发电位的分类

诱发电位有多种分类方法,为临床实用起见,一般将诱发电位分为两大类:即外源性的与感觉或运动功能有关的剌激相关电位；内源性的与认知功能有关的事件相关电位。

(一)外源性剌激相关诱发电位

1.按剌激的类型和模式分类

(1)感觉诱发电位（sensoryvokedpotentials,SEPs）

①视觉诱发电位(visualevokedpotentials,VEPs)

②听觉诱发电位(auditoryevokedpotentials,AEPs)

③躯体感觉诱发电位(somatosensoryevokedpoptentiais,SEPs)

④嗅觉诱发电位(olfactoryevokedpoptentials，OEPs)

⑤味觉诱发电位(gustatoryevokedpotentials,GEPs)

(2)运动诱发电位(motorevokedpoptentials，MEPs):

根据采用的剌激器的不同分为电剌激MEP和磁剌激MEP。

第四十五页，共八十页，2022年，8月28日2.按记录电极距神经发生源的远近分类:

（1）近场电位:如皮层电位、脊髓电位、外周神经动作电位、感受器电位、耳蜗电图(EcochG)、视网膜电图(ERG)等。

（2）远场电位:如脑干听觉诱发电位(BAEP)和SLSEP的某些成分等。

3.按Eps的发生源分类:

(1)皮层诱发电位:

由丘脑到皮层的电冲动以及皮层的突触电活动所产生。

(2)皮层下电位:

包括脑干电位、脊髓电位等。

第四十六页，共八十页，2022年，8月28日(二)内源性事件相关电位

一般认为ERPs与注意、识别、期待、比较、判断、记忆和决断等较高级认知功能有关。根据其与认知过程的关系分为三大类。

(1)与启动方式有关的ERPs:

①启动与语言、文字有关的ERP(如N400)。②启动与oddballparadigm(后简称OB刺激系列)或新奇剌激等有关的ERP(如P300)。③其他ERP。

(2)与选择和注意有关的ERPs:

①阴性相减波Nd(或阴性处理波PN)(选择性注意)。②失匹配阴性波MMN(不注意/潜在性注意)。③其他。

(3)与准备状态和期待有关的ERPs:

①运动相关的ERPs。②伴随负反应(CNV)。③指令后负变化(PINV)。④其他。

第四十七页，共八十页，2022年，8月28日第四十八页，共八十页，2022年，8月28日第四十九页，共八十页，2022年，8月28日

二、诱发电位的特性

诱发电位具有许多自发电位不曾有的特点。

1．潜伏期:（1）刺激引起的冲动沿神经传导的速度；（2）刺激点与记录点之间的距离；（3）传导路经中所经历的突触数的多少；（4）突触延搁的时间。

2．有一定的空间分布。某一特定刺激所引起的诱发电位，在中枢神经系统中有一定的空间分布。即只发生在一定的部位上。这是由解剖结构所决定的。

3．有一定的反应型式和重复性。对某种特定刺激所引起的诱发电位有一定的反应型式。在不同的感觉系统中，反应的型式是不同的。由于诱发电位具有一定的潜伏期，有一定的反应型式和重复性，所以可以用平均迭加的办法来处理。

4．诱发电位受非特异性因素影响较小。如情绪、心理活动、环境、睡眠等各种因素对诱发电位的影响要比自发电位小得多。

第五十页，共八十页，2022年，8月28日三、诱发电位的用途

尽管微电极技术可以研究单细胞的电活动，或某些核团（少数细胞）的电活动，但同时研究的神经元数量较少，要由此推测人的复杂的意识知识是很困难的，而且微电极不便用于人。所以诱发电位具有它独特的地方。用无损伤的圆盘电极在人头皮上可记录到在特定的知觉或行为作业期间测定神经元群的活动。诱发电位为从人类的意识知觉的精细测量和某些病理无损伤探查与动物脑内单细胞和感觉通路的记录之间架起了联系的桥梁。第五十一页，共八十页，2022年，8月28日

1．利用诱发电位这样一种手段，除了研究诱发电位本身的机制以外，还可以用诱发电位作指标，揭示特定的脑活动，如研究中枢神经系统的兴奋和抑制以及大脑皮层的机能定位等问题。具体可用于下列研究：

（1）兴奋传导的路径，研究机能解剖的问题；

（2）兴奋传导到皮层或皮层下中枢的哪一部位，解决机能定位问题；

（3）观察兴奋传导的效率，即传导速度及潜伏期等问题，判定传导途径中是否有阻滞存在，可作病理检查及诊断；

（4）冲动受到加强还是减弱，即测定传导途径的机能状态是兴奋还是抑制；

（5）刺激所引起的电变化传到中枢神经系统的后果如何。

第五十二页，共八十页，2022年，8月28日

2．给婴幼儿的感觉功能测试提供一个客观指标，如检查婴儿的视觉发育情况。还有作参考婴幼儿智力发育的客观指标。有人认为有一种长潜伏期的皮层联合区的诱发电位与智力、学习有关。另外根据诱发电位的大小与潜伏期的长短，可作为测定神经系统的机能状态，如传导障碍、发育障碍、智力障碍等。

3．术中监护，临床常用于脑与脊髓等神经系统手术过程的监护。第五十三页，共八十页，2022年，8月28日图皮层诱发电位的记录及波形A：描记方法示意图B：波形，向下为正，向上为负第五十四页，共八十页，2022年，8月28日四、诱发电位产生的可能机制

（一）主反应的产生机制

大脑皮层诱发电位的主反应组成是由:

1.突触前成分主要是由突触前纤维活动所引起的电位变化

2.突触后成分突触后成分则为细胞体或树突活动的结果。

第五十五页，共八十页，2022年，8月28日

根据容积导体的原理，在皮层表面可记录到正相电位。这时对细胞体来说，处于电源地位，因而引起膜电位的降低，相应地引起兴奋性的提高。如果有大量的来自中间神经元的冲动（或直接来自丘脑上行纤维的冲动）同时作用于这一细胞的树突上，那么这种电紧张作用总和的结果，就有可能使膜电位降低到一个临界水平而引起发放（也可能是先从“始节”开始发生冲动，然后再引起细胞体产生发放）。这时细胞体为电汇而顶树突为电源。又由于顶树突的排列方向是一致的，所以产生了更大的电场，根据容积导体原理，在大脑皮层上就可以记录到很大的正相电位。所以突触后成分主要是锥体细胞的胞体引起兴奋的结果。

第五十六页，共八十页，2022年，8月28日关于负相电位的产生机制，推测有几种可能性，但没有定论。

一种是冲动有可能沿顶树突向上传导。当冲动到达皮层表面时，皮层表面由电源转变为电汇，电位转成负相，由于冲动在树突上的传导速度较轴突上慢（不超过2m／s），又因为冲动到达皮层表面时，树突不断分支，传导速度更慢了，所以记录到的是一个很慢的负电位变化。

出现负相电位的另一种可能性，是由于大脑皮层浅部的神经细胞活动的结果，总之负相的产生机制还可能有别的解释。

第五十七页，共八十页，2022年，8月28日

近年来用微电极作细胞内记录皮层细胞内电变化的实验表明，皮层表面记录的主反应是一个正负波，与皮层深部细胞在开始时期的去极化突触后电位、同一细胞在后期的超级化突触后电位、以及处于表层的神经成分的较缓慢的去极化突触后电位有关。位于皮层浅表的神经成分的兴奋性（去极化）突触后电位，通常能使皮层表面记录中出现负变化；位于皮层深部的神经成分的兴奋性突触后电位，通常能使皮层表面记录中出现正变化。神经成分的抑制性（超极化）突触后电位对皮层表面记录的影响，则与上述情况相反。也就是说，从大脑皮层表面上所记录到的诱发电位中的正负相，主要取决于皮层内神经细胞上的EPSP或IPSP，以及该神经细胞处于皮层的深浅程度。

第五十八页，共八十页，2022年，8月28日

（二）后放电的产生机制

后放电是在主反应以后出现的一种周期性波动，但往往是单相的。产生机制有以下三种情况：

1．单个神经元的重复发放，即神经元本身的“自律性”活动。用微电极插入细胞内兼作刺激电极和记录电极，可避免其它神经元活动参与的可能性。若给予单个刺激，可以引起好几次发放。单细胞的重复放电是内在的机制。可能是由于神经细胞膜各部分的恢复极化（再极化）的速度不同所致。由于再极化速度不同，有可能在细胞上一个部分已经极化了，而另一部位仍未极化，从而产生了局部电流，形成一个刺激，可使已极化的部分再去极化而发放冲动。这样可以往返进行相互刺激，从而反复地发生冲动发放。

2．神经元“链”的活动，这是一种局部的电位变化。有人认为，脑的节律性活动是由于神经元之间形成了神经元链所造成的。因为当一个神经元受外来刺激而产生兴奋冲动后，可能通过中间神经元的作用反过来又刺激它本身。这样就可能通过反馈线路而形成一系列反复的自我刺激，从而产生周而复始的脑细胞发放现象。

第五十九页，共八十页，2022年，8月28日

3．长神经元链的回复性周期放电。给动物以声、光等刺激，或以人工刺激皮层与丘脑间的循回线路中的任何一点，则在相应的皮层区域可记录到重复的后放电，且为周期性的，节律为8-12次／秒，间隔为50-150ms。这种重复放电的产生可能是由于大脑皮层与丘脑间的循回线路活动的结果。

以上讨论了大脑皮层的诱发电位。事实上，中枢神经系统的任何部位均可引出诱发电位，各部位产生诱发电位的机制可能有所不同，这很大程度上取决于各部位的结构状况。皮层诱发电位不同于皮层下结构的诱发电位，尤其是诱发电位中的突触后成分变化大。一般说来，皮层诱发电位的振幅大，主反应中的突触后成分明显，后放电较多且持续时间较长。

第六十页，共八十页，2022年，8月28日五、诱发电位的分析

由于诱发电位有的非常微弱，仅0.1-1μV之间，而自发脑电波有50-100μV所以诱发电常常被自发脑电所淹没。要分析诱发电信号，即要从很大的背景噪声中检出有用的信号是至关重要的问题。

早期的工作总是让动物处于深度麻醉状态，从而压抑了自发信号，而把诱发信号显露出来。但是深度麻醉终究不是正常的生理状态，即使这样，诱发信号还是很小。由于诱发电位具有一定的潜伏期，有一定的反应型式且有重复性，而自发信号是随机的，无潜伏期，无重复性。这就决定了可以采用迭加平均技术。常用计算机或迭加仪来实现。第六十一页，共八十页，2022年，8月28日

在诱发电位的分析技术中有两种方法：

1．瞬态信号平均就是刺激多次，每一次刺激的时间间隔足以使脑恢复到静息状态，脑的每一次反应称一次瞬态诱发电位。僻如重复200次，即迭加200次，则在迭加仪上出现重复200次的平均瞬态诱发电位曲线。

2．稳态诱发电位要在快速的重复刺激下，有连续的诱发电位，相连接而成一系列相同的电波，这种连续的诱发电位的频率与感觉刺激频率相同。由于在连续刺激之间，大脑来不及恢复，所以诱发的频率与刺激频率相同，用Fourier分析仪可将稳态诱发电位从自发信号中提取出来。

影响诱发电位的因素有许多，如不同人的个体差异，在波形、潜伏期、幅度上不同；同一刺激在头皮不同部位引导的波形不同：刺激的种类和强度不同，波形各异；与精神状态有关，如睁眼、闭眼、看书等不同状态而不同：与年龄有关，小孩与大人有所差异等。第六十二页，共八十页，2022年，8月28日第六十三页，共八十页，2022年，8月28日

六、体感诱发电位（SEP）

用电脉冲刺激上肢正中神经或尺神经，下肢刺激腓总神经。刺激电流约为数毫安。以引起拇指轻度抽动为度，记录电极置于头皮相当于皮层感觉运动区位置，无关电极置额部或乳突上。可记当得一系列正、负波。SEP早成分（50ms内）的波形恒定，峰潜时和波幅值比较集中（离散度小），左右对称，多次重复基本一致。早成分系丘脑特异性投射系统活动听致，晚成分波形复杂。每个人的波数也不一致。可能与非特异性投射系统活动有关。顶叶皮层损害、内囊损害、体感通路损害等SEP有特殊表现，有诊断价值。

第六十四页，共八十页，2022年，8月28日七、听觉诱发电位（AEP）

以短声刺激（60分贝）作为听觉刺激，电极置于头顶及乳突可记录出一系列波。其最初的7个波由听神经电活动及脑干（耳蜗核，上橄榄复合核，外侧丘系，下丘，内膝体等）活动所引起，比较恒定。AEP主要用于脑干损害定位诊断，脑死亡判定，后颅凹手术及脑干手术的安全监护（因AEP几乎不受麻醉影响）。详见第四章听觉电生理。第六十五页，共八十页，2022年，8月28日八、视觉诱发电位（VEP）

用电视机屏显示可转变的黑白方格图象，令受试者注视作为刺激，电极置于枕叶，在视觉通路有损害时VEP异常。VEP改变（如缺氧）较脑电更为灵敏，可作早期脑功能损害的灵敏指标。

第六十六页，共八十页，2022年，8月28日

第五节自发脑电波

在不给予任何刺激的情况下，脑内还可以记录到一些有节律性的电位波动，在头皮上记录到的电波动叫做脑电图（EEG，Electroencephalogram）；在颅内大脑皮层上记录到的叫皮层电图（即ECG，Electrocorticogram）。

一、正常人的脑电图

脑电图通常用许多电极同时放在头皮表面上记录的。国际上为统一电极的位置，曾定出一个“10-20系统”。

第六十七页，共八十页，2022年，8月28日电极的导联有三种形式：

（1）记录每一对电极之间的电位差；

（2）记录一个引导电极与一个参照电极之间的电位差，参照电极一般放于耳垂上；

（3）记录一个引导电极与所有电极的平均点之间的电位差，不同的导联所记录到的脑电图是不相同的。引出的电位变化必须经过高倍放大后才可以记录成脑电图。

从头皮上记录到的脑电图的幅度在50-200μV之间，脑电波的频率在1-30Hz之间，可分为四个波段。各波段的脑电波在频率、幅度、起源及所代表的脑机能活动方面都各不相同。

第六十八页，共八十页，2022年，8月28日

1．α节律频率在8-13Hz,α节律与视觉活动有关，在人α节律与意识，思考等高级活动有关，所以在研究高级活动时，常以α节律作指标。

2．β节律频率为每秒14-30次，在额叶最易出现。一般幅度不超过20μV。β节律与精神紧张及情绪激动有关，兴奋时出现β波。

3．θ节律频率为4-7Hz，在顶叶、颞叶较明显。θ波为少年的脑电图中主要成分，如在成年人的脑电图中出现θ波，就表示不正常。θ波的出现与精神状态有关。在意愿受到挫折或抑郁时，易出现θ波，并可持续20～60秒之久。精神愉快时，θ波就消失。有些精神

病患者，θ波极为显著。

4．δ节律频率为1-3Hz，出现于颞叶与枕叶。在清醒的正常人中，一般记录不到δ波，在成年人昏睡时，婴儿或智力发育不成熟的人上，就可记录到这种波段。

第六十九页，共八十页，2022年，8月28日二、影响脑电波的因素

有许多因素影响脑电波的频率、波幅和波形，主要有下列几方面：

（一）精神状态不同

脑电波节律不同在兴奋状态时，成人主要为20-25Hz的低幅快波，即β波；当清醒而松弛时，则出现8-12Hz的α波；在欲睡时，α节律减少，幅度降低，出现θ波，完全入睡时，又出现14-16Hz的低幅快波；昏睡时又出现δ节律。由睡眠状态转入清醒时，脑电波也随之变化。

中枢神经系统发生抑制时，脑电波幅度降低，频率减慢。所以在不同麻醉深度时，脑电波的类型也不同。第七十页，共八十页，2022年，8月28日图示各种精神状态下的脑电波。第一个是兴奋状态下，为β波；第二个是在静息状态下，则出现α波；第三个在瞌睡时出现θ波；第四个为睡眠时的脑电波，表现为δ节律中有β节律；最后一个是昏迷状态下的脑电波，表现为δ节律。第七十一页，共八十页，2022年，8月28日

(二)引导电极的部位不同

部位不同得到的脑电波的节律不同，在清醒的正常人头上，α和β波是最基本的脑电节律，α节律在顶叶、颞叶、枕叶均可记录到，但在枕叶最明显；而β节律在额叶最容易出现。

图表示在人的大脑皮层不同部位上记录的皮层电图，显然在大脑皮层的不同部位记录到的波的节律不同。

第七十二页，共八十页，2022年，8月28日

（三）年龄不同，节律不同

初生婴儿的脑电图特征为各个区域都是连续的不规则的波动，波幅低，节律不明显，以后慢波逐渐增多。在几个月以后才渐渐出现较快的活动。一年以后才较固定，在10岁左右，α节律增加。所以婴儿和儿童的脑电波的特征是δ节律和θ节律明显。青年人与成年人相似，只是在额叶的θ节律略多些，波型稳定性较差，成年人的脑电波几乎全是α节律和β节律。到了老年，脑电节律又有变慢的趋势。

（四）血液中CO2含量的影响

大脑皮层中的神经细胞对CO2非常敏感。当血液中的CO2降低到一定水平时，脑细胞的兴奋性就升高，此时容易出现高频发放，α节律消失，脑电波的幅度从50μV增加到500μV左右。因此临床上常使精神病患者吸入CO2比例较多的气体，使脑细胞的兴奋性降低，病人安静。

（五）血糖含量的影响

糖是脑组织中神经细胞活动的主要能量来源。由于脑组织没有糖元贮备，所以血糖含量的改变，可很快的反映在脑电波上。血糖含量低时，慢波增多或占优势的频率减低。

第七十三页，共八十页，2022年，8月28日三、自发脑电波产主的神经元机制

（一）产生节律性活动的条件

1．同步化。大脑皮层是由许多神经细胞所组成，从皮层表面记录的电位是许多神经细胞活动时所产生的电场的总和。所以有节律性的脑电波是由许多神经细胞同时发放和同时停止的结果。只有这样，波幅才会很大，否则就会相互抵消，幅度很小，甚至记不出电变化。

2．神经元的排列方向一致。产生脑电波节律性活动的另一个条件是各神经元的排列方向必须一致。因为，如果冲动传导方向不一致，则所产生的电