大脑安静与积极思维状态下脑电波双谱分析6例报告

392 中国心理卫生杂志 2004年 第 18卷 第 6期 ·论文· 大脑安静与积极思维状态下 脑电波双谱 6例 许崇涛① 沈民奋② 朱国平① 【摘 要】目的：利用脑电信号的双谱分析，探讨正常人不同心理活动状态下的脑电波改变。：记 录6例无精神障碍史男性在闭目安静与闭目心算状态下的脑电波，使用双谱分析技术进行分析。结果：(1) 闭目安静状态下，在双频域中的 a波与 0波 均出现明显的非线性相位耦合现象，有 4个比较明显的双谱谱 峰；闭目心算状态下，出现大幅度的单一双谱谱峰。(2)闭目安静状态下出现互双谱谱峰，但与其自双谱的 结构差异较大；闭目心算状态下，其互双谱结构出现单一的谱峰，与同样状态下的自双谱结构相似。结论： (1)大脑积极思维时脑电波的有序性明显增大。(2)脑电信号双谱分析可以揭示出脑电图和脑电地形图无法 获得的的信息。 【关键词】 心理学 脑电波 实验室研究 双谱分析 互双谱 心理活动 Bispectral Analysis of EEG Waves during Different Mental Activities XU Chongtao，SHEN Minfen＆ ZHU Guoping Mental Health Center，College of Medicine，Shantou University，Guangdong 5 15063 【Abstract】Objective：To study the Changes of EEG waves during different mental activities of 6 males without mental disorders．Methods：The normal EEG waves in two kinds of mental states(rest with eyes closed and computing by heart with eyes closed)were analy~d in terms of bispectral estimation．Results：According to the bispectral analysis，the main bispec— tral peaks in bifrequency domain concentrated among aand 0 rhythms when eyes were closed．One bispectral pe ak could only be found at 9．5Hz in bifrequency domain during the subject WSt8 computing in heart．The cross—bispec~al of symmetrical chan— nel EEG gave the similar structure with the bispectral structoxe when doing calculation by heart with eyes closed．Conclusion： Th e 0rder of EEG is increased in mental activity．and the bispectral analysis may provide more inform ation than the traditional methods in EEG analysis． 【Key words】 psychology EEG laboratory studies bispectral analysis CreSS～bispectnnn mental activity 自脑电波记录技术建立以来，脑电波分析一直是 大脑功能活动的一种重要研究方法。自发脑电波的传 统分析方法是脑电图，它分析脑电信号的频率、波 幅、相位、对称性等等信息。现今脑电波的功率谱分 析是应用得最广泛的手段，但仍是建立在以傅里叶变 换理论为基础的频域信号分析，只能揭示脑电波的幅 度信息或二阶统计量，丢失了隐含于脑电中的大量高 阶有用信息。所以在此基础上构造的脑电地形图并未 提供比传统脑电图更多的信息，只是比传统脑电图更 直观。人们一直希望从脑电波中提取更多的信息，以 更好地揭示大脑的功能状态。越来越多的研究表明脑 电波是一种典型的非高斯随机过程，并已利用非线性 方法分析麻醉中的诱发脑电、大鼠海马的自发脑电和 人在病理状态下的脑电uI3J，但对于人类心理活动时 脑电波的非线性分析尚不多见。本实验即是利用以高 阶谱技术建立的脑电信号双谱分析法H ，观察和比 较不同心理活动状态下脑电波的特征。 对象和方法 对象 被试为6名无精神障碍史的健康男性科研 人员 ，年龄 20—35岁 ，均为 a型正常脑电图。 方法 1．脑 电波 由 日本 NIHON生产 的 EEG一 4400脑电图机记录，通频带为 0．1～30Hz。使用 14 导记录电极 ，电极位置按国际导联 10—20系统 法安放，电极位置分别为：Fpl，Fp2，F3，F4，C3， C4，P3，P4，O1，02，F7，F8，T5，T6。采用单极 导联法，参考电极为耳垂 (A1+A2)。采样频率设置 为 100 Hz，每次采样 60秒，信号记录数据保存在病 历管理系统，供后续处理使用。 2．记录以下两种不同心理状态的脑电信号：静 卧闭目清醒状态，卧位闭目并按偶数相加进行快速心 算。每种心理状态记录 60秒，目测选择无干扰的脑 电信号进行双谱分析，最后每种心理状态实际纳入分 析的脑电数据为 4096点，即对 40．96秒的脑电信号 ÷ 本研究受国家 自然科学基金项 目 (60271023)、广东省自然科学基金重点项 目 (021264)、教育部重点课题 (02110)和广东省 医学科研课题 (A2003538)资助 ① 汕头大学医学院精神卫生中心 (515063) ② 汕头大学医学院 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国心理卫生杂志 2004年 第 l8卷 第 6期 393 进行分析。 3．我们采用具有非高斯白噪声激励的自回归模 型对脑电进行建模 。 ，在建立分析方法后 ，使用 该方法进行闭目时清醒安静和心算两种不同心理状态 下脑电信号的双谱分析。 结 果 1．脑电 自双谱分析 以c3电极的脑电为试验信号进行分析。表 1是 6例被试在静卧闭目清醒和心算两种不同心理状态时 的脑电发生平方相位耦合现象的平均双频率位置和最 大双谱峰值。在静卧闭目清醒状态下，在双频域中的 a 波段与 0波段均出现明显的非线性相位耦合现象， 有4个比较明显的双谱谱峰。在进行心算时，大脑处 于高度积极思维状态，三阶能量几乎全部集中在双频 域中的a波段，出现大幅度的单一双谱谱峰，比闭目 清醒状态高出近 8倍 (147／19)，表明大脑积极思维 时脑电的有序性迅速增大，而且集中在波段的 9．5Hz 分量上。图1为6例被试者分别在闭目安静和心算状 态下脑电波的平均互双谱结构图。 表 l 两种不同心理状态下脑电波双谱结构的平均值 2．脑电互双谱分析 以电极 c3、c4之间的脑 电波进行互双谱分析 ， 以探讨不同导联的脑电波之间的平方非线性耦合现 象。闭目安静状态下也出现互双谱谱峰，但与其自双 谱的结构差异较大，其双谱谱峰的分布从4Hz一直到 20Hz。相反，大脑处于心算状态时，其互双谱结构出 现单一的谱峰 ，与同样状态下的 自双谱结构极为相 似。这表明大脑处于积极思维状态时，左右脑对称信 号的9．5Hz分量之间具有极强的三阶相关性，互双谱 结构也呈现出比较好的对称性。图2为6例被试者分 别在闭目安静和心算状态下脑电波的平均互双谱结构 图 。 讨 论 在传统脑电图上，闭目安静状态时显示以a节律 为主要特征的脑电波，在大脑处于积极思维状态下则 显示以p节律为主要特征的脑电波。这两种不同心理 状态的脑电波的差异在传统脑电图上表现为频率的改 变，从另一个角度看 ，即大脑从安静到积极思维 ，脑 闭日安静状态 Fi'~：!ullrtey 2 0 0 Fr0 Y1 闭目心算状态 图 1 闭目安静和心算状态下脑电波的平 均双谱结构 x10” Ft~!uert：y 2 0 0 Frequency 闭目立静状态 Frequenc y 2 0 0 Frequency 闭 日心算状态 图 2 闭目安静和心算状态下脑电波的平 均互双谱结构 电的同步化程度随之降低。使用双谱分析则显示 ，大 脑在安静时三阶能量相对分散 ，而积极思维时则集中 在 a波段的9．5Hz分量上，功率谱显示这一频率分量 具有较大能量，且这一频率分量有序性大大增强，起 主导作用。而且在脑电波的互双谱分析中显示，大脑 维普资讯 http://www.cqvip.com 394 中国心理卫生杂志 2004年 第 l8卷 第 6期 (上接第 397页) 12 Paton，Douglas．Post— event support for disaster workers：inte— gratingrecovery resoilI~es and the recovery environment．Disaster Prevention and Management．1997，6(1)：43 r49． 13 G．S．Evedy，Jr．，R．B．Flannery，Jr．，and J．T．Mitchel1． Critical incident stress management(CISM)：A Literature Re· view．Aggression and Violent Behavior．2000，5(1)：23—4J0． 14 Young，BH an d Gerrity， E．Critical incident stress debriefing (CISD)：Value and limitations in disaster response．National Center for Post—Traumatic Stress Disorder Clinical Quarterly． 1994，4(2)：17—19． 15 Susan Robbins．The rash to COlUlSel：Lessons of caution in the af- termath of disaster．Families in Society．2002，83 (2)：113— 116． 16 程灵芝，李川云，刘晓红，黄丽婷，严进 ．急性应激干 预的原则和方法 ．中国临床康复 ．2003，7(3)：474— 475． 17 Gwen Adshead，Rachel Canterbury，Su· zanna Rose．Current provision and recommendations for the man— agement of psycho—-social morbidity following disaster in En· gland．Disaster Prevention and Management．1995，4(4)：5— 12． 18 F．Y．Long and S．H．Teo．Some observations of survivors’psy— chob~cal reactions and post—traumatic stress disorders in the Hotel New World disaster， Singapore． Singapore Psychologist． 1992，4：2—18． F．Y．Long．Psychological support in civil emergencies：the National Emergency Behavior Manag ement Sys· tem of Singapo re．International Review of Psychiatry．2001，13： 2O9—214． 龚耀先，李庆珠 ．我国临床心理学工作现状调查与展望 ． 中国临床心理学杂志 ．1996，4(1)：1—9． 汪向东，赵丞智，新福尚隆等 ．地震后创伤性应激障碍 的发生率及影响因素 ．中国心理卫生杂志 ．1999，13 (1)：28—30． 罗颖，汪向东，胡武昌等 ．对受洪灾群体创伤后应激反 应的调查 ．中华精神科杂志 ．2000，33(2)：107—110． 惠武利，施旺红，徐德忠等 ．烟台海难援救军人 PTSD发 生的影响因素分析 ．中国心理卫生杂志 ．2001，15(3)： 148—149． 钱铭怡，叶冬梅，董葳等 ．北京民众面对 SARS的行为、 认知及情绪 ．中国心理卫生杂志 ．2003，17(8)：515— 520． 王煜蕙，靳同朝，张志林等 ．军事飞行员心理创伤后应 激反应与心理干预效果 ．中华航空航天医学杂志 ．1999， 10(4)：229—233． 责任编辑 唐宏宇 维普资讯 http://www.cqvip.com