医学电生理学(N3)

第三章脑电图

第一节脑电图发展概要

脑电图是大脑半球的生物电活动，通过电子放大器放大并记录下来，呈节律性脑电活动，是大脑皮层锥体细胞及其顶树突突触后电位同步综合波，并由丘脑中线部位非特异性核团（包括中央内侧核、中线核等）起调节作用，而丘脑、脑干网状结构与大脑皮层各部间的兴奋或抑制刺激和反馈作用，决定着脑电活动的节律性同步活动。

1875年Caton首先用电流计从兔和猴的大脑皮层描记出直流电位和动物睡眠时或死亡前脑电活动的变化。

1924年Berger从人脑通过头皮上安放电极，描记出人类的脑α和β节律电活动，且发现这些电活动来源于大脑皮层神经元，与血管和结缔组织无关，但与年龄、感觉性刺激和机体生理化学改变有关，从而奠定了脑电活动在人类的解剖、生理基础。

1936年以后，脑电图学在全世界范围发展，开始为临床和科研服务。

自1924年Berger首先发现从头皮描记人类脑电活动以来，迄今已有80余年的历史，随着科学技术的发展，上世纪70年代计算机技术突飞猛进，脑电生理技术已不仅限于常规脑电图检测。1965年Cooley、Tukey等首先提出快速傅立叶转换计算法（FFT）将原来傅立叶转换速度提高了数十倍到上百倍，是目前常用的谱分析法。近20年来又发展了现代谱分析，即A-R模式，大大加强了对脑电短数据的处理能力。上世纪80年代初彩色显像技术问世以来，脑电生理的检测进入了一个新阶段。

到目前为止脑电生理检测技术已形成了一整套可以彩色直观显示、自动快速进行频谱及功率谱定量分析、时空定位、自动打印成像、大容量贮存、无纸描记及24h有线或无线长期监测、较强的抗干扰装置等完整检测系统，脑电生理检测技术已进入了一个划时代阶段。

目前临床应用的各种脑电生理检测技术，有脑感觉及运动（磁、电刺激）诱发电位、事件相关电位、脑电位分布图（脑电地形图）、显著概率地形图、脑时域地形图、压缩功率谱阵分析、24h有线或无线长期脑电监测及分析系统、无纸脑电描记等。

上述各种检测技术均是在常规脑电检测技术的基础上发展起来的，能更精确地反映人脑功能变化的心理、生理、病理状态，使脑电生理的检测不仅应用于临床医学，且已广泛应用于军事、航空、航天、深海医学的研究，使脑电生理检测技术达到丰富多彩、完善、客观而前途宽广的境地。但不论脑电生理新技术有多大的发展，在临床诊断和科学研究方面，脑电图的基本描记分析和结合临床实际对照，仍占有无可争议的重要地位。

决定脑波的主要因素及其规律如下：

1．周期（波频Hz）的主要决定因素

（1）神经元回路的物理性：回路的长短及神经纤维的粗细，以及神经冲动经过突触的数目。如皮层→丘脑回路电位周期长于短的皮层内回路。细纤维、兴奋传导速度越慢，则周期越长；兴奋通过突触时，时间将延迟。

（2）神经元的不应期：约100ms。

（3）神经元物质代谢速度：突触后电位是在物质代谢过程中形成的，当达到一定水平时，导致细胞放电→送入回路中，代谢越慢则有长周期慢波，如老年人。

（4）大脑皮层神经元同步化和去同步化程度。

2．波幅（μV）的决定因素

（1）皮层神经元同步化和去同步化程度。

（2）皮层神经元数量及大小，人脑枕叶和中央区α波幅高于他区，因枕叶皮层的颗粒细胞体积虽小，但数目众多。中央前区的细胞数虽不多，但细胞又大又长。

（3）神经元排列的一致性：皮层表面排列一致，有规则；第6层神经元多，但排列方向不一致，故波幅前者高，后者低。

（4）记录电极和皮层间距大则波幅低，如硬膜下血肿。

（5）神经元兴奋性：兴奋性高，波幅高，频率快，多见于树突的持续性去极化或轴突侧支抑制系统被破坏后。

第三节异常脑波概述

一、异常脑波产生的原因

异常脑波是脑机能的异常状态在脑电图的表现，其产生原因如下：

（一）脑器质性病变。

（二）全身性疾病继发，特别是中毒、代谢病，导致大脑皮层神经元的形态或机能改变。

1．神经元树突基部侧棘的形态变化和该部的持续性去极化。

2．神经元轴突侧支抑制系统被破坏。

3．神经元数量减少。

4．神经元物质代谢障碍。

5．神经纤维传导速度减慢。

由于上述因素，导致脑波波率、波幅、波形、位相、出现形式、反应性的异常，产生各种异常脑波的出现。

二、异常波的分类及病因

（一）生理波病理化

1．α波异常

（1）广泛性α波变慢，伴调幅差，多见于广泛性慢性脑功能低下的各种疾病，包括脑外伤、脑炎恢复期，各种病因的脑萎缩、脑动脉硬化症等。

(2)广泛性低电压（＜20μv）或无α波，见于重度脑功能障碍的各种疾病，但正常人偶可见到。

(3)连续性全导联α波，α波幅增高，频率慢，调幅差，枕区α前移，诱发α波无反应，见于脑干受损又名α昏迷。

（4）懒波：局限性α波减少或缺如，频率减慢，左右差大于10％，要注意硬膜下血肿。

（5）α波局限性波幅高，双侧差大于20％～25％或在50μV以上。多见于脑功能亢进包括癫痫。

（6）枕叶以波光反应消失，可见于该部脑梗塞等。

2．快波异常

（1）波幅高于30μV（见于癫痫症，服安眠剂量不足、垂体功能障碍等）。

（2）限局性波幅增高，可见于颅脑外伤、外伤后癫痈、深部肿瘤等。

（3）局限性波幅下降或消失。

3．睡眠波异常

纺锤波、驼峰波、K-综合，一侧减弱或消失。

（二）异常波

1．棘波

时程在70ms以下，波幅高于100μV，示皮层有超同步性放电。属短周期、高波幅阳性棘波者，最接近于病灶部位。但和一般诱发电位者不同在于前者是在慢波基础上产生，且有较长周期，而阳性棘波不能成为痫灶定位指标，一般属病灶远隔部位，孤立性棘波，散在出现，持续间隔短，一般不伴以临床症状及体征者，无定位价值。

2．尖波

时程在70-200ms，波幅高于100μV，阴性者多，可双相或三相，是因神经元同步化不足所致。另可因原发焦点在对侧半球或深部核团者，因传导时间较长所致。

3．棘慢波

100-200μV波幅，3Hz，常伴以临床症状，为癫痫小发作的特异波，当局限出现时，示癫痫灶所在；但不规则者，且频率多变；棘波及慢波关系不规则者，则和痫灶元直接关系。6Hz方形波，可持续1-2s，多见于脑外伤后，精神运动性癫痫。在正常人中偶可出现，但波幅低。

4．阵发性节律波(不包括快波，均属慢波频段)

（1）3Hz癫痫小发作。（2）6Hz同步者为精神运动性癫痫，可广泛或局限于颞区。（3）α波范围、高频、连续、不受外界刺激影响。（4）高幅β，波幅100μV，多见于癫痫患者的额颞区。（5）14和6Hz阳性波见于浅睡时，有的单独或同时出现。

高波幅和年龄有关，1岁以下只有6Hz阳性波，10-39岁则二波同时出现者占60％-70％，40岁以上则6Hz多见。

5．非阵发性异常波

散在或θ波，或局限出现者，多见于脑各种器质疾病，示神经元代谢低下。

癫痫的脑电变化

癫痫发作的典型症状是惊厥和意识障碍，但均为一过性的，难以及时观察和确诊，而在癫痫发作期间或发作时，多数病例可有特征性的脑电变化，因此，脑电图检查即成为癫痫的重要诊断手段。

一、癫样放电的基本波形

癫痫发作时或间期，脑电图上出现突发性的高波幅放电，称为痫样放电（epilepformdischarge）。其常见波形如图。

1．棘波（spikewave）时程在70ms以下，幅度50-150

V，波的升支及降支极为陡峭，可有单相、双相或三相，但以负相为主的双相多见，并呈单个或节律性出现，常见于颞叶癫痫。一般认为出现高幅度、短周期的负向棘波的部位常为靠近癫痫病灶的部位。

2．尖波（sharpwave）时程为70-200ms，幅度100-200

V。亦以负相为主，波顶较钝，升支较陡，而降支较缓，其与棘波均系由于大脑皮质神经元高度同步化高频率放电的结果，但尖波可能是发生在癫痫病灶较深部位和同步化时间延长的场合。

3．棘慢波综合（spikeands1owwavecomplex）即在棘波之后紧随一个慢波，或次序相反，慢波时程达200-500ms，幅度100-200

V，有时也可出现多个棘波后紧随一个慢波，称为多棘慢波综合。

4．尖慢波综合（sharpands1owwavecomplex）慢波时程达500-1000ms。

上述两种综合波，若局限性地出现在皮质某个部位，多为局限性癫痫，散在性者则多见于长期癫痫大发作而未能控制者；两侧同步性出现者多为小发作。

痫样放电的形式尚有多种，但基本上是以上尖波、棘波和慢波的不同节律的组合，脑电图中痫样放电的记录对癫痫的诊断及可能的癫痫灶的定位有重要价值。

二、痫样放电的发生机制

应用电生理学方法可以观察到癫痫发作时大脑神经元放电的某些特点，从而了解痫样放电的可能机制。

1．神经元的高频放电正常时，神经元的自发放电频率大多为每秒10次范围内，在人体或动物大脑皮质癫痫病灶区表面出现棘波时，用细胞外微电极可记录大脑皮质神经元爆发或短串冲动发放，频率可达每秒数百次以上。用微电极做细胞内记录，则可记录到去极化和过度去极化电位。当去极化电位增大到一定程度时，即爆发短串动作电位，这种大幅度的去极化电位，可能由大量同步的兴奋性突触后电位总和而形成，也可能和各种因素（化学环境、代谢状态改变）影响下树突膜电位的不恒定有关。

2．神经元放电的超同步化单个神经元的放电各有其本身的节律，当二群神经元中多数细胞倾向于共同活动而产生大致相同的放电节律时，即称为同步化（synchronization），而当这种共同活动达到极端，即出现所谓超同步化（supersynchronization）。癫痫样放电即因癫痫病灶及邻近区神经元放电节律的高度一致（超同步化），而表现为高波幅的棘波或尖波。以上有关痫样放电发生机制的解释尚待深入探讨。

第四节电极及导联联结方法

一、电极及其放置

（一）电极

电极是安置在头皮上用以导电的导体。常用电极有以下几种：

1．银管电极：应用很广。一般银管电极接触头皮一端用纱布和棉花裹住，并有塑料座固定。银管电极最好一两个月氯化电镀一次，以减少干扰现象。测量时用丙酮、酒精擦拭头皮，使电极与头皮接触良好，将电极用橡皮带或松紧带制成的帽子戴在被试者头上，把电极压在相应部位。此种电极容易清洁、无痛，但长时间戴帽子很不舒服，又不易进行睡眠时检查。

2．针电极：可以订购或自行制作。针电极是前端细小针5cm左右长，后面焊接导线。针电极最好用蒸汽消毒或平时将针电极放置于75％酒精中。在相应部位快速针刺至皮下。伪差少，方便，但不易消毒。刺痛不易被接受，尤其是儿童。操作过程中要注意无菌技术，避免感染。头皮血管丰富在拔针时应稍加压迫以免出血。目前国际脑电图学会规定最好不用，因为：（1）局部感染；（2）AIDS病毒等感染；（3）因刺入深度不同故定位不准确；（4）阻抗高。

3．粘连电极：此乃银制的小盘状电极。直径8～10mm，尾部焊接导线。应用时将头皮用丙酮、酒精擦拭干净，用导电胶固定，导电即可进行描记。方便、舒适、伪差少，任何病人均适合，尤其小孩、欠合作者，并对卧位病人方便，便于睡眠诱法，应广泛推广应用。在电极外面用纸胶布固定以免脱落。

小脑电极可用针灸针，刺入后颅骨外小脑底部，即风池穴以取小脑电极。

（二）电极安置

1．前额区：位于发线之上，并与瞳孔成一直线。

2．中央区：位于鼻根与枕骨粗隆形成的连线与两侧外耳孔形成的连线之点（即百会穴）旁开3cm。

3．中额区：位于前额区和中央区等距离之点。

4．枕区：位于枕骨粗隆上及旁开各3cm。

5．顶区：位于枕区与中央区等距离之点。

6．前颞区：位于外眦和耳屏水平等距离之点。

7．中颞区：位于中央区和外耳孔等距离之点。

8．后颞区：位于乳突上枕区与中颈区等距离之点。

二、导联联系法

导联联系法，也就是脑电图的导联联系方式，对脑电图诊断的阳性率起决定性作用，是一个不可忽视的重要因素，因此采用什么样的导联联系法对脑电图研究是极有实用价值的。一般脑电描记导联联系法分单极导联联系法及双极导联联系法。

1．单极导联联系法

乃安放一个电极（作用电极）于某一皮质区域，另外一个电极于一侧耳垂或把两耳极联在一起并与地线连结更佳，作为无关电极。这种联系法，称为头皮-耳电极联系法，实际不是单极，也是双极导联联系法，因为实践证明从耳垂也能描记出颞叶下部发放的电活动。由于作用电极和所谓的无关电极距离较长，所描记出的电活动的波幅也较高，所以异常电活动的表现亦较明显，这是单极导联联系法的长处。但由于同样的原因，距离长则难免有干扰，因此定位性受到影响。

2．双极导联联系法

双极导联联系法又称头皮-头皮电极联系法。系把两个电极安放在两个皮质，两个电极相距约为3cm，不须接连地线，所描记出来的电活动乃来自两个不同皮质内的电位差，由于两个电极距离较短，描记出来的电活动波幅较低，但由于距离短而干扰小，所以定位比较准确。此外可以通过直线导联联系法、横导导联联系法、环导导联联系法及三角定位联系法所表现的形象倒置来定位。

（1）纵导导联联系法从前向后相邻电极联接的导联联系法。分大脑左侧半球，大脑右侧半球的直线定位。

（2）横榜导导联联系法从左向右相邻两电极连接的导联联系法。①前额及颧骨划一条直线（称为前额线）。②从中额至耳前点划一条直线（称为中额线）。③外耳孔-中央-中线-中央-外耳孔（称中央线）。④顶点-耳后点（称顶线）。⑤枕点-乳突-直线（称枕线）。

（3）环导导联联系法沿着大脑外侧各两个相邻电极之点连接及两侧颞部两电极连接的联结方法。

采用多种导联联系法能提高脑电图诊断的阳性率，不能只从延长了描记时间来解释，而重要的是多种连结方式弥补了原来联结方式疏漏的部位。通常在单极导联联系、双极纵导联联系法脑电图不正常者，在横导、环导导联中脑电图不正常更为明显。

第五节脑电图检查诱发试验及意义

脑电图诱发试验是指在安静、清醒状态下描记的正常脑电图，通过给予生理、物理或药物诱发，使潜在的异常脑电波被引导出来，或使原有的异常更加显著的方法。它是提高脑电图阳性率的重要手段。如果根据病情选用适当的诱发试验，作得准确，合乎标准，能进行全面充分完整的描记，并能正确地判读，那么脑电图的诊断价值即便在各种影像诊断技术不断问世的今天，也是不容忽视的，尤其是癫痫。关键是描记方法，而诱发试验的正确应用又是描记的关键。各诱发试验的方法如下：（1）睁闭眼实验；（2）过度换气实验；（3）闪光刺激实验；（4）睡眠诱发实验；（5）其他诱发实验：如颈动脉窦实验，颈总动脉实验，声刺激、低血糖诱发实验等。

第四章听觉电生理

从感受细胞接受声音刺激开始，听觉过程的每一环节都伴随有生物电活动。分析这些电活动对了解听觉过程的本质和听觉功能的状态都有重要意义。它们主要包括：感受器电位、发生器电位和动作电位。由声刺激引起的统称听觉诱发电位。

20世纪30年代初Wever等首先记录和描述了耳蜗的微音电位，揭开了听觉诱发电位研究的第一页。随着电子计算机技术的应用进人生理学领域，听觉电生理的研究在上世纪70年代得到迅速发展，特别是诱发电位的研究一直处在各个系统的领先地位，在神经生理学中很有代表性。借助于计算机的叠加等处理，目前已可从体表或远场记录到起源于听觉系统的从听神经到皮质高位整合中枢各结构的诱发电位。形成这一优势的主要客观因素是声音的主要参数都较易精细定量、调节和控制，声电或电声的转换又可在很宽范围内保持线性关系，对计算机的应用极为有利；听觉系统各级中枢和通路的解剖结构较清楚，也便于分析各种电位的起源。听觉的单位电活动与其他系统神经元有共性，本节只描述要点，着重介绍听觉诱发电位。

1．单位放电

听神经及中枢神经元都有程度不等的自发活动；它们对声音有无反应通常以放电是否增多或减少来判断。有些单位在给声过程中放电增多，有些则只在给声开始时或结束后有反应（给、撤反应，）。有些单位对多种声音都有反应，另一些则仅对特殊的声音，甚至仅对声音某种特征有反应。有些单位对稳态声无反应，却对其参数的瞬态变化灵敏。

以刺激开始为准，把对重复多次刺激的单位放电在时间上的分布进行叠加，得出以时间为横坐标、放电数目为纵坐标的直方图称刺激时或刺激后放电直方图（PSTH）。一、听觉神经元单位活动的一般特性2．调谐曲线及特征频率

多数听神经元对不同声频有不同的灵敏度。反应阈值（以声强的dB数表示）与频率的关系曲线称调谐曲线（tuningcurve），典型的呈单谷型，与谷的最低点相应阈值最小的频率，称特征频率（CF）。调谐曲线和CF反映该单位的频率选择性，调谐曲线越陡，频率选择性便越好，CF也易于确定。

3．反应面积和Q10值

阈强度调谐曲线与某一高强度（如90dB）水平线间所围的面积称反应面积，意为频率和强度在反应面积内的声音都可引起反应。反应面积大，只笼统地表示频率选择性差，要准确定量评估可用Q10值：在该单位的调谐曲线上，从CF阈上10dB处作一横线，CF值除以横线与调谐曲线升降两臂交点的频差便是Q10值。调谐曲线越陡Q10越大，频率选择性便越好。

二、耳蜗电位（Endocochlearpotentia）

在安静或声刺激时耳蜗可产生直流和交流的多种电位，统称耳蜗电位（图2-4-2）。在动物以从圆窗处引导最为方便。从外耳道处经叠加处理也可记录到，只是振幅较小。

1．耳蜗的微音电位（cochlearmicrophonics，CM）

是主要起源于毛细胞的一种感受器电位，其主要特点是能