經(jīng)顱磁刺激中反應(yīng)電流頻率和強(qiáng)度的研究

經(jīng)顱磁刺激中反應(yīng)電流頻率和強(qiáng)度的研究

1985年，barka等人將平面線圈置于正常運動區(qū)域的頭皮上，觀察到手的肌肉變化，并通過表面電極將微囊表面的運動皮膚（meps）探測到異常的電位，導(dǎo)致巨大的擾動。這種方法后來被稱為髓磁刺激（ts）。由于電刺激的缺點，顱骨中的mri是透明的。mts可以無痛地刺激大腦和神經(jīng)。它很快成為一種用來研究腦癱生理和病理的方法。在神經(jīng)科學(xué)中,情緒被認(rèn)為是神經(jīng)系統(tǒng)活動的結(jié)果和表現(xiàn).情緒比一般認(rèn)知活動更為復(fù)雜,更多地涉及社會環(huán)境與文化.通過探討情緒活動在腦內(nèi)較為精確的動態(tài)電活動過程和較為粗略的激活部位,能使人類通過外部的刺激誘導(dǎo)出希望的某種情緒,達(dá)到情緒的自我調(diào)節(jié).人在日常學(xué)習(xí)與工作中,隨著環(huán)境條件的改變會產(chǎn)生相應(yīng)不同的情緒.人們總是希望在學(xué)習(xí)與工作中避免出現(xiàn)疲勞與焦慮,當(dāng)人處于疲勞與焦慮的狀況下,如果能適當(dāng)提高愉快程度對人是有益的.這種良好的狀態(tài)對人的學(xué)習(xí)與工作是非常有利的,同時對改善與維持人體的健康有益.有這樣的因果關(guān)系:如果時常處于愉快狀態(tài),則能提高人身體的活性.愉快對機(jī)體的作用效果是通過活化新陳代謝,增強(qiáng)免疫力,延緩衰老,保持青春,即所謂的愉快效應(yīng).筆者將具體探討拉德斯基進(jìn)行曲(15位被試者共同認(rèn)為該進(jìn)行曲可產(chǎn)生愉快感覺)引起人腦腦電波(electroencephalograph,EEG)波形變化;并確定EEG波形功率譜的特征,找出人愉快狀態(tài)的腦波特征頻率,通過專門的ASA源分析軟件分析并確定愉快時的腦內(nèi)興奮區(qū)的部位;然后對該部位施加人愉快狀態(tài)的腦波特征頻率的經(jīng)顱磁刺激來提高人的愉快程度.1人體幸福狀態(tài)下的eeg特征頻率和大腦定位1.1eeg數(shù)據(jù)的采集實驗選擇了15位健康的在學(xué)研究生(9男、6女)作為受試者,年齡為22～27歲.所有受試者全部身體健康.在上午9點進(jìn)行實驗,受試者首先在安靜閉目的情況下采集5minEEG數(shù)據(jù);間隔5min后,聽拉德斯基進(jìn)行曲5min并采集EEG數(shù)據(jù);停止音樂繼續(xù)采集EEG數(shù)據(jù)5min.采集EEG數(shù)據(jù)期間都采用閉目靜坐方式,克服了外界聲光刺激對腦波的干擾.從而得到干凈的EEG波形,減少了腦內(nèi)敏感區(qū)域定位的誤差.1.2電磁屏蔽測試實驗儀器采用奧地利EMSPHONENIX公司生產(chǎn)的128導(dǎo)聯(lián)數(shù)字腦電記錄儀.電極的放置采用國際10/20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),如圖1所示,同時記錄19導(dǎo)電極EEG數(shù)據(jù)以及眼電(electro-oculogram,EOG)數(shù)據(jù).電極采用Ag/AgCl電極,以右耳垂(A2)為參考電極.腦電采樣頻率256Hz,濾波通帶為0.05～70Hz.電極阻抗小于5kW.受試者在一個電磁屏蔽良好、隔音良好的房間內(nèi)進(jìn)行實驗,房間內(nèi)的背景噪聲約為31dB,背景光照為2cd/m2.受試者舒適地坐在扶手椅上,音樂由電腦播放,采用愛國者2.1音箱,播放音量60dB,這些參數(shù)是通過對受試者進(jìn)行播放測試后認(rèn)為最理想的條件.采樣間隔如圖2所示.1.3聽音樂過程中低頻成分與聽音樂過程比較圖3是在聽音樂之前安靜狀態(tài)記錄的EEG信號的功率譜波形,其中10Hz左右的低頻成分占主導(dǎo)地位,高頻成分很少,聽拉德斯基進(jìn)行曲過程中的EEG信號中各點的頻率成分向高頻區(qū)域擴(kuò)散,在20Hz與40Hz之間有非常明顯的波形,特別是在32Hz處出現(xiàn)明顯的波峰,其中T5、P3、Pz、P4和T6(靠近枕部)各點的波峰高度都在0.3～0.5mV左右,其他各點的高度也在0.2mV左右(如圖4).停止音樂繼續(xù)采集EEG信號(如圖5),發(fā)現(xiàn)高頻成分與聽音樂過程比較減小了很多,但10Hz左右的低頻成分與安靜狀態(tài)比較也降低了,說明人的清醒程度提高.同時在25Hz處出現(xiàn)一個小的波峰.高度在0.1～0.2mV之間,說明聽音樂后愉快程度提高(低頻成分減少,且在高頻處出現(xiàn)波峰,說明清醒程度提高,而且有一定的愉快程度).1.4偶極子定位.由于愉快是一個復(fù)雜的過程,其EEG波形只是愉快狀態(tài)下腦內(nèi)電活動的外在表現(xiàn),ASA源分析軟件專門用于對各種腦內(nèi)電活動發(fā)生區(qū)域進(jìn)行偶極子定位,它把利用核磁共振所成的人頭部三維圖像作為頭模型存儲在軟件中,再通過數(shù)字腦電系統(tǒng)記錄的EEG信號進(jìn)行運算,計算出某種腦內(nèi)電活動的發(fā)生源區(qū)域.通過對愉快的發(fā)生區(qū)域進(jìn)行定位,發(fā)現(xiàn)愉快的發(fā)生區(qū)域集中在腦橋腹側(cè)正中下部的區(qū)域.如圖6所示,顯示了愉快發(fā)生時愉快源區(qū)所在的腦內(nèi)空間位置.該圖依次給出了冠狀面,水平面和矢狀面的解剖位置圖.其中黑色圓圈圈出的區(qū)域就是愉快源區(qū)所在位置.2磁刺激器的設(shè)計2.1睡眠模式設(shè)計腦部磁刺激儀的刺激部分由5個線圈組成陣列(集中在枕部),各線圈大小一致(直徑20mm,高20mm),利用彈性支撐放置于一個半徑為80mm的球形頭罩內(nèi)側(cè).頭罩的支架高度可以調(diào)節(jié),用于適應(yīng)受試者的不同身高要求.頭罩內(nèi)各線圈之間間隔一致,并盡量緊密地排列在一起,其擺放位置根據(jù)人頭部的空間映像,覆蓋了枕部的興奮源所在位置.這樣的設(shè)計可將線圈的位置控制精細(xì)化和完整化,有利于根據(jù)實際研究需要,精確地進(jìn)行控制.大腦的神經(jīng)系統(tǒng)可以由外部的時變磁場加以無創(chuàng)的刺激.目前,磁刺激技術(shù)已經(jīng)得到了快速的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于腦功能檢查、腦功能調(diào)整等研究和診斷領(lǐng)域.每個線圈的驅(qū)動電路相同,如圖7所示.采用枕部5個線圈組成陣列磁場(1個在中間,其他4個在四周)聯(lián)合刺激的實驗方案,每個線圈內(nèi)徑5mm,外徑20mm,厚度20mm.使用線徑0.58mm的漆包線,共繞324匝,電容充電最高282V.當(dāng)5個線圈共同工作時,5個線圈的軸心方向場強(qiáng)分布(理論值)如表1所示,通過特斯拉計對軸心處的場強(qiáng)測試與理論值的誤差在60/0以內(nèi).3加外部磁刺激后的整體采樣效果對實驗中的15位受試者每人進(jìn)行2組EEG數(shù)據(jù)的采集.實驗在上午9點進(jìn)行,實驗前的夜里只睡4h使受試者有困倦的感覺,施加磁刺激后立即采集EEG數(shù)據(jù),并結(jié)合受試者自述其自身的感受.采集EEG數(shù)據(jù)期間都采用閉目靜坐方式,克服了外界聲光刺激對腦波的干擾,從而得到干凈的EEG波形.圖8為對照組,即在閉目靜坐的狀態(tài)下采集數(shù)據(jù)作為參考,受試者自述在沒有外加磁刺激時閉目靜坐采樣后都有困倦的感覺.圖9為實驗組,在O1和O2之間的中心位置(枕部)施加32Hz的連續(xù)脈沖磁場刺激5min.受試者自述在有外界磁刺激后,閉目靜坐采樣后清醒程度提高且有愉快的感覺.實驗數(shù)據(jù)用xˉ±sxˉ±s表示(xˉ(xˉ為均值,s為均方差),對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理并進(jìn)行t檢驗,如表2所示.由表2可見,加單一頻率磁場刺激后(實驗組),19導(dǎo)EEG信號中出現(xiàn)15Hz和20Hz以上頻率成分的點數(shù)顯著增加(P<0.05),出現(xiàn)25Hz以上及32Hz頻率成分的點數(shù)非常顯著的增加(P<0.01).4脈沖磁場對強(qiáng)化腦電da、強(qiáng)化前腦中神經(jīng)元放電的影響文獻(xiàn)中的研究結(jié)果表明,人和某些動物(如貓、鼠、兔)處于睡、醒、警覺和注意力集中時,腦中神經(jīng)元放電方式是不同的,反映在EEG上也有不同的標(biāo)準(zhǔn)波形特征.對貓、鼠不同精神狀態(tài)時中縫背核及蘭斑核神經(jīng)元在體細(xì)胞外的記錄表明,從睡眠轉(zhuǎn)為覺醒以及注意力集中時5羥色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(noradrenaline,NE)、多巴胺(dopamine,DA)等神經(jīng)元的放電活動明顯增強(qiáng),在腦電波上反映為β節(jié)律成分增加,而警惕性降低時,腦干、下丘腦和基底前腦的5-HT、NE、DA等神經(jīng)元的放電速率下降,導(dǎo)致丘腦中這些神經(jīng)遞質(zhì)的作用減弱,腦電波上反映為α節(jié)律成分增加.根據(jù)該理論,電磁場對人腦電節(jié)律產(chǎn)生影響是通過對Ca2+內(nèi)流及神經(jīng)遞質(zhì)釋放量的影響而起作用的.當(dāng)一定條件的電磁場作用使Ca2+通道的通透性增強(qiáng),5-HT、NE和DA等神經(jīng)遞質(zhì)釋放量增加.因此,電磁場對人腦電的影響是由于電磁場改變了腦中神經(jīng)元放電方式所造成的結(jié)果.第1部分實驗的目的是確定人愉快狀態(tài)的頻率特征,以及愉快時的腦內(nèi)源區(qū)位置.第2部分實驗是以第1部分實驗得到的特征頻率作為經(jīng)顱磁刺激的頻率對愉快時的腦內(nèi)源區(qū)位置進(jìn)行經(jīng)顱磁刺激.實驗結(jié)果說明,低頻脈沖磁場確能耦合入人腦影響腦電活動,提高愉快程度.還可以看到實驗組中的32Hz頻率的磁刺激后,19導(dǎo)EEG信號中出現(xiàn)20Hz和25Hz以上以及32Hz