脑的群电活动与睡眠觉醒节律
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脑的群电活动与睡眠觉醒节律
EEG通过放置在记录到的记录到的一组EEG的本质单极与双极记录国际标准系统Gibbssystem)脑波的起源两种可能的振荡控制中心指挥型凑呜曲型脑波的起源简单的细胞环路即可产生振荡脑波的起源甚至单个细胞在外来刺激下也会产生振荡脑波的起源目前认为，神经细胞的内在特性(intrinsic properties)及其相互间的突触连接决定了神经网络的振荡特性数：波幅E E G 的参EEG 的参数：波形正常波形EEG的参数：波形•正常变异EEG的参数：波形 病理波形绘制意识之图数字化的EEG模/数转换(A/D converter) 采样间隔(sampling timeinterval): 0.005 -0.01 s实时(real time)记录定量EEG: 可用于显示、滤波、频率及波幅分析、以及彩色地形图功率谱分析EEG 与基础研究EEG 与感觉听觉辨别任务难度增加时α波抑制增加EEG 与注意当任务不要求注意环境时, (例如心算)比要求注意环境时顶叶α波增加EEG 的临床应用癫痫由于神经元混沌式活动导致的惊厥睡眠障碍 脑肿瘤诱发电位(Evoked Potential)与事件相关电位(Event-RelatedPotential))Definition指对神经系统某一特定部位(包括从感受器到大脑皮层)给予相宜的刺激，或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系统脑的相应产生检的与刺统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。
EP/ERP 的特性空间特性: 只能在特定的空间范围内检测到 时间特性: 具有特定的波形和强度分布 :(time-相位特性: 刺激和反应之间存在锁时(time locked)关系EP / ERP 的起源大部分源于大脑皮层, 因为皮层神经元有特殊的层状排列部分可能反映了脑干神经元的活动EP / ERP 均反映了脑内神经元群体的活动的采集：平均策略短潜伏期体感诱发电位(SLSEP)脑干听觉诱发电位(BAEP)运动诱发电位(MEP)波形在顶叶中线附近最主要反映脑对外部信息Noseth tL e f R i g OccipitalTop 皮肤、骨骼、N睡眠各期的脑波睡眠各期的循环慢波睡眠和快速眼动睡眠-I慢波睡眠：脑电同步化首次出现的阶段1及阶段2、3、4均属慢波睡眠或同步化睡眠：在该睡眠时相，脑电以频率逐渐减慢幅 脑电特征：在该睡眠时相，脑电以频率逐渐减慢、幅度逐渐增高、δ波所占比例逐渐增多为特征。
第10第6觉醒睡眠与脑电活动
可见，形成条件反射的首要基本条件是 无关刺激与非条件刺激在时间上的多次 结合,这个过程称为强化reinforcement
⑵操作式条件反射
operant conditioned reflex 操作式条件反射是动物通过完成一定 的操作所建立起的条件反射。 A.大鼠在实验箱内走动偶尔踩到杠杆
时→即得到食物,如此重复多次， 动物即学会自动踩杠杆而得食。 B.此基础上训练动物只有当某一特定 信号出现时踩杠杆才能得到食物的 强化。训练完成后,动物见到特定 信号，才会去踩杠杆而得食。
3.睡眠时相的转换 慢波睡眠和快波睡眠均可转为觉醒 状态，但入睡必须先慢波睡眠→ 80～120min→异相睡眠→20～30min →慢波睡眠。在整个睡眠期间，转 化4～5次，越接近睡眠后期，异相 睡眠持续时间越长。
(三)睡眠发生机制 睡眠是CNS内发生的主动过程。
1.与睡眠有关的脑结构： (1)慢波睡眠:①下丘脑后部,丘脑髓板内
2. 右侧大脑半球在非语词性认知功能上 占优势。非语词性认知功能包括空间 的辨认；深度认知；触觉认知；音乐 欣赏分辩等。
右顶叶皮层损害：穿衣失用症； 右顶、枕、颞叶结合处损害：
分不清左右，穿衣困难，不能绘 制图表； 右大脑半球后部损害： 失认症：人、物、颜色及地理物 志失认。
寄语
生理教研室的全体教师在全体同学 支持与参与下，与大家一起共同度 过了半学期的《生理学》学习生活, 我们向大家表示衷心地感谢！欢迎 大家提出意见和建议。 我们相信并真诚地祝愿，经过大家 的不懈努力和准备，你们在期末考 试中一定会重现两年前七月的辉煌！
(一)学习的形式 1.非联合型学习nonassociativ learning 不需要刺激和反应之间形成某种明确
关系的学习类型。如,习惯化等。 2.联合型学习associativ learning
⑵操作式条件反射
operant conditioned reflex 操作式条件反射是动物通过完成一定 的操作所建立起的条件反射。 A.大鼠在实验箱内走动偶尔踩到杠杆
时→即得到食物,如此重复多次， 动物即学会自动踩杠杆而得食。 B.此基础上训练动物只有当某一特定 信号出现时踩杠杆才能得到食物的 强化。训练完成后,动物见到特定 信号，才会去踩杠杆而得食。
3.睡眠时相的转换 慢波睡眠和快波睡眠均可转为觉醒 状态，但入睡必须先慢波睡眠→ 80～120min→异相睡眠→20～30min →慢波睡眠。在整个睡眠期间，转 化4～5次，越接近睡眠后期，异相 睡眠持续时间越长。
(三)睡眠发生机制 睡眠是CNS内发生的主动过程。
1.与睡眠有关的脑结构： (1)慢波睡眠:①下丘脑后部,丘脑髓板内
2. 右侧大脑半球在非语词性认知功能上 占优势。非语词性认知功能包括空间 的辨认；深度认知；触觉认知；音乐 欣赏分辩等。
右顶叶皮层损害：穿衣失用症； 右顶、枕、颞叶结合处损害：
分不清左右，穿衣困难，不能绘 制图表； 右大脑半球后部损害： 失认症：人、物、颜色及地理物 志失认。
寄语
生理教研室的全体教师在全体同学 支持与参与下，与大家一起共同度 过了半学期的《生理学》学习生活, 我们向大家表示衷心地感谢！欢迎 大家提出意见和建议。 我们相信并真诚地祝愿，经过大家 的不懈努力和准备，你们在期末考 试中一定会重现两年前七月的辉煌！
(一)学习的形式 1.非联合型学习nonassociativ learning 不需要刺激和反应之间形成某种明确
关系的学习类型。如,习惯化等。 2.联合型学习associativ learning
正常脑电图
正常范围脑电图
李正丰
构架
正常清醒期 正常睡眠期 各种诱发试验
一、清醒期正常脑电图型
后头部α节律
1.出现在后头部1.8-13Hz的节律，思睡状态下减慢 7-8Hz. 2.清醒状态下闭眼且放松状态下易出现睁眼或外界 刺激，会完全或部分消失。 3. 为圆钝或正弦样波形，如果加入ß活动，可呈尖 样波 4.频率变化范围两侧半球对应区域内不超0.5-1Hz; 5. 波幅一般右侧较左侧高，可变动，成人常低于 50uv，持续性不超过50%，无伪迹影响可为正常；
闪光刺激(photic stimulation)
1.≤3Hz，诱发可为正相电位，100ms延迟，O1、 O2、T5、T6最明显，扩散程度不同，类似λ波 2.≥6Hz，节律性诱发电位更加明显，有琐时关系， 表现为完全性节律化同步或小数节律同步化 3.儿童和老年人更明显 4. 可对称或非对称反应，多数人无反应
三、正常睡眠脑电图及睡眠周期
正常睡眠脑电图型主要包括： 1.思睡期慢波 2.顶尖波 3.睡眠纺锤波 4.K-综合波 5.觉醒反应
1.思睡期慢波活动（drowsing slow activity）特点总结：
1.反复，阵发性，同步化。 2.5-7Hz的低至中波幅θ活动。 3.以中央、顶为著，可扩散全头。 4.持续时间0.5-3s，可散发出现。
6.主要分布在 O1、O2、T5、T6、P3、P4，可向C3、 C4、T3、T4、A1、A2扩散； 7.耳电极参考记录有利于对称性的观察； 8.如果有两种相近频率组成的α 并存，可形成渐强 渐弱的α 节律； 9.儿童及青年常见，也可与服用镇静剂类相关。 10.节律与脑功能状态及发育水平有密切关系，与智 力水平、人格、个性无关
α节律变异
1.慢α节律锯齿状α，频率约为α主频率的一半，因 与两种频率的α波未完全融合 2.快α节律，11-13Hz，夹杂14-20Hz的快波以 上两种变异型部位、反应性同正常α节律
李正丰
构架
正常清醒期 正常睡眠期 各种诱发试验
一、清醒期正常脑电图型
后头部α节律
1.出现在后头部1.8-13Hz的节律，思睡状态下减慢 7-8Hz. 2.清醒状态下闭眼且放松状态下易出现睁眼或外界 刺激，会完全或部分消失。 3. 为圆钝或正弦样波形，如果加入ß活动，可呈尖 样波 4.频率变化范围两侧半球对应区域内不超0.5-1Hz; 5. 波幅一般右侧较左侧高，可变动，成人常低于 50uv，持续性不超过50%，无伪迹影响可为正常；
闪光刺激(photic stimulation)
1.≤3Hz，诱发可为正相电位，100ms延迟，O1、 O2、T5、T6最明显，扩散程度不同，类似λ波 2.≥6Hz，节律性诱发电位更加明显，有琐时关系， 表现为完全性节律化同步或小数节律同步化 3.儿童和老年人更明显 4. 可对称或非对称反应，多数人无反应
三、正常睡眠脑电图及睡眠周期
正常睡眠脑电图型主要包括： 1.思睡期慢波 2.顶尖波 3.睡眠纺锤波 4.K-综合波 5.觉醒反应
1.思睡期慢波活动（drowsing slow activity）特点总结：
1.反复，阵发性，同步化。 2.5-7Hz的低至中波幅θ活动。 3.以中央、顶为著，可扩散全头。 4.持续时间0.5-3s，可散发出现。
6.主要分布在 O1、O2、T5、T6、P3、P4，可向C3、 C4、T3、T4、A1、A2扩散； 7.耳电极参考记录有利于对称性的观察； 8.如果有两种相近频率组成的α 并存，可形成渐强 渐弱的α 节律； 9.儿童及青年常见，也可与服用镇静剂类相关。 10.节律与脑功能状态及发育水平有密切关系，与智 力水平、人格、个性无关
α节律变异
1.慢α节律锯齿状α，频率约为α主频率的一半，因 与两种频率的α波未完全融合 2.快α节律，11-13Hz，夹杂14-20Hz的快波以 上两种变异型部位、反应性同正常α节律
睡眠与觉醒的动力学
睡眠与觉醒的动力学
1.昼夜节律调节：
-昼夜节律是由人体内在的生物钟控制的，位于下丘脑的视交叉上核（SCN）负责产生并维持大约24小时的生理周期，调控觉醒和睡眠的节奏。
2.神经递质系统：
-在觉醒状态下，神经递质如去甲肾上腺素、乙酰胆碱和多巴胺通常较为活跃，这些物质有助于保持警觉、注意力集中和认知功能。
-而在睡眠过程中，其他神经递质如γ-氨基丁酸（GABA）的作用增强，它具有抑制神经元活性的作用，从而促使身体放松并进入睡眠状态；同时，褪黑素的分泌也随着夜晚的到来而增加，帮助诱导和维持睡眠。
3.睡眠结构与神经动力学：
-睡眠可以分为不同的阶段，包括非快速眼动期（NREM）和快速眼动期（REM），这两个阶段在夜间周期性交替出现。
不同阶段的转换涉及到脑电图（EEG）模式、肌电图（EMG）和眼球运动等生理指标的显著变化。
-NREM睡眠包含浅睡、深睡（慢波睡眠，SWS）阶段，此时脑电波呈现慢波活动，被认为是大脑巩固记忆和修复的重要时期。
-REM睡眠期间脑电图显示类似于清醒状态的快波活动，但肌肉张力几乎完全丧失，此时梦的产生最为频繁。
4.突触可塑性与睡眠需求：
-研究还表明，突触可塑性的变化可能与睡眠需求有关。
在觉醒时，神经元活动和突触强度不断调整，这可能导致代谢产物积累和能量消耗，睡眠可能作为清除这些代谢副产品、稳定突触效能和整合新学习信息的一种方式。
睡眠与觉醒脑机制
演讲人
睡眠与觉醒脑机制
目录
01. 睡眠与觉醒的生理机制 02. 睡眠与觉醒的神经机制 03. 睡眠与觉醒的基因机制
睡眠与分为非快速眼动睡眠和 快速眼动睡眠两个阶段
非快速眼动睡眠：分为浅睡眠和深睡 眠，其中深睡眠是恢复精力的主要阶 段
快速眼动睡眠：大脑活动与清醒时 相似，有助于记忆巩固和情绪调节
睡眠调节：主要由大脑中的睡眠中枢 和觉醒中枢控制，受多种因素影响， 如光照、温度、饮食等。
觉醒的生理过程
01
01
觉醒过程：从睡眠状态逐渐过 渡到清醒状态
02
02
觉醒信号：大脑接收到觉醒信 号，如光线、声音等
03
03
觉醒反应：大脑开始活跃，神 经活动增强，肌肉紧张度增加
04
04
觉醒后反应：身体逐渐适应清 醒状态，开始正常活动
睡眠与觉醒的神经递质
01
神经递质：如 乙酰胆碱、去 甲肾上腺素、
多巴胺等
02
作用：调节睡 眠与觉醒状态
03
睡眠阶段：不 同阶段有不同 的神经递质参
与
04
觉醒阶段：神 经递质参与觉 醒和警觉状态
睡眠与觉醒的神经调控
神经递质：如褪黑素、 5-羟色胺等，调节睡 眠与觉醒
睡眠周期：如快速眼 动睡眠和非快速眼动 睡眠，交替进行
睡眠与觉醒的神经机 制
睡眠与觉醒的神经网络
01
神经递质：如GABA、谷氨酸等，在睡
眠与觉醒过程中发挥重要作用
02
神经环路：如REM睡眠、非REM睡眠
等，不同睡眠阶段有不同的神经环路
03
神经细胞：如神经元、神经胶质细胞等，
在睡眠与觉醒过程中发挥重要作用
04
神经调节：如昼夜节律、睡眠压力等，
睡眠与觉醒脑机制
目录
01. 睡眠与觉醒的生理机制 02. 睡眠与觉醒的神经机制 03. 睡眠与觉醒的基因机制
睡眠与分为非快速眼动睡眠和 快速眼动睡眠两个阶段
非快速眼动睡眠：分为浅睡眠和深睡 眠，其中深睡眠是恢复精力的主要阶 段
快速眼动睡眠：大脑活动与清醒时 相似，有助于记忆巩固和情绪调节
睡眠调节：主要由大脑中的睡眠中枢 和觉醒中枢控制，受多种因素影响， 如光照、温度、饮食等。
觉醒的生理过程
01
01
觉醒过程：从睡眠状态逐渐过 渡到清醒状态
02
02
觉醒信号：大脑接收到觉醒信 号，如光线、声音等
03
03
觉醒反应：大脑开始活跃，神 经活动增强，肌肉紧张度增加
04
04
觉醒后反应：身体逐渐适应清 醒状态，开始正常活动
睡眠与觉醒的神经递质
01
神经递质：如 乙酰胆碱、去 甲肾上腺素、
多巴胺等
02
作用：调节睡 眠与觉醒状态
03
睡眠阶段：不 同阶段有不同 的神经递质参
与
04
觉醒阶段：神 经递质参与觉 醒和警觉状态
睡眠与觉醒的神经调控
神经递质：如褪黑素、 5-羟色胺等，调节睡 眠与觉醒
睡眠周期：如快速眼 动睡眠和非快速眼动 睡眠，交替进行
睡眠与觉醒的神经机 制
睡眠与觉醒的神经网络
01
神经递质：如GABA、谷氨酸等，在睡
眠与觉醒过程中发挥重要作用
02
神经环路：如REM睡眠、非REM睡眠
等，不同睡眠阶段有不同的神经环路
03
神经细胞：如神经元、神经胶质细胞等，
在睡眠与觉醒过程中发挥重要作用
04
神经调节：如昼夜节律、睡眠压力等，
睡眠与觉醒的脑机制
睡眠为何如此重要？
目前，没有一种关于睡眠功能的理论被公认，但 最合理的理论有两个：恢复理论和适应理论。
恢复理论----睡眠是为了休息和恢复，准备再度 醒来。雷切斯查芬等人对人和动物做过减少睡眠 的系列研究，但未发现支持这一理论的结果。
适应理论----为了逃避麻烦，在我们最脆弱的时 候躲避天敌，躲避环境中的有害情况，或者节约 体能。
非快速眼动睡眠( non-rapid eye movement sleep, 非 REM睡眠）
“休闲的大脑，可动的躯体”
✓ 肌张力下降，运动减至最 小
✓ 脑电波节律慢、振幅大 ✓ 生理特征—体温↓、能耗
↓；副交感神经系统活动 ↑，心率↓、呼吸↓、泌 尿↓、消化活动↑ ✓ 大部分感觉输入不到达皮 层 ✓ 很少出现梦境 ✓ 生和可逆的 静息状态，表现为机体对外界刺激的反应性降低 和意识的暂时中断。
人的一生，睡眠时间有多少呢？
人的一生大约有三分之一的时间在睡眠中度过，其中四分 之一的睡眠时间处于活跃做梦的状态。
如果长期剥夺睡眠会如何？
情绪变化是最早出现的副作用，如烦躁、 欣快和抑郁快速交替出现，对环境缺乏兴 趣等；被剥夺睡眠者手脚有刺痛感，对疼 痛更加敏感，还会发生眼睛烧灼感、眼睛 刺痛、复视和幻觉（睡眠剥夺3天后）等各 种视觉障碍；被剥夺睡眠者的思维紊乱， 表现为回答问题时词不达意，无法表达完 整的意思，对最近发生 的事情健旺，最终 可导致精神失常。
这些神经元就像开关与调谐器， 调控着大脑皮层的兴奋性，调 控着感觉信息流向大脑皮层的 传输。
大脑皮层
↑
神 经 元 群
↑
感觉信息
虽然现有的研究对这些调制系统的工作原理还不 完全了解，但可归纳出几条基本原则：
从20世纪60年代开始，更多的研究聚焦于神经递质在睡眠 和觉醒过程中的作用，进一步促进了人类对睡眠和觉醒机 制的理解。目前认为睡眠和觉醒是在神经和神经介质共同 作用而完成，其本身受昼夜节律、人体生物钟和周围环境 的影响和调节。
睡眠与觉醒神经生物学
变构调节模式：睡眠模式和睡眠的昼夜节 律都会随着外部条件（比如食物和环境温 度等）的改变而改变的。同样，如果外部 条件要求动物做出紧急反应，那么睡眠的 稳态调节和昼夜节律性调节机制都可以被 暂时压制。
睡眠稳态调节
我们现在对这种睡眠稳态调节的具体 作用机制还不清楚，比如VLPO神经元 系统，它们在人体缺觉时的活性并不 会升高，即没有积累“催促”人体入 睡的信号，直至我们入睡为止。
眼动电图：
1. 非快眼动睡眠(Non-rapid eye movement sleep， Non-REM)
睡眠一期（stage 1） 睡眠二期（stage 2） 睡眠三期（stage 3） 睡眠四期（stage 4）
2. 快眼动睡眠(Rapid eye movement sleep，REM)
不同于昏迷:睡眠是生理性的,可循环的, 可逆性的。
睡眠在行为学上判定标准：
1. 运动能动性降低； 2. 对刺激的反应减小； 3. 刻板的姿态（例：人类的闭眼躺卧）； 4. 比较容易逆转；
脑的电活动:
皮层诱发电位（evoked cortical potential）：
感觉传入系统受刺激时，在皮层上某一局限区 域引出的形式较为固定的电位变化．
昼昼夜夜节节律律调调节节
▪ 视交叉上核神经核团（SCN）是我们大脑中的主控时钟 （master clock）。SCN细胞具有24小时周期性的活化特征， 将这些细胞从大脑中分离出来，该调控机制同样有效。
▪ 动物缺乏SCN细胞，又缺乏外界的时间信息，它们就会失去 对包括睡眠在内的各种日常行为、活动以及生理过程的昼夜 调控能力。
表现四：自主神经系统的交感活性占主导地位。心率和呼吸 加速,但不规则,内稳态功能减弱,呼吸与血中CO2浓度的关联 减弱. 体温控制系统基本放弃,深部体温开始下降
睡眠稳态调节
我们现在对这种睡眠稳态调节的具体 作用机制还不清楚，比如VLPO神经元 系统，它们在人体缺觉时的活性并不 会升高，即没有积累“催促”人体入 睡的信号，直至我们入睡为止。
眼动电图：
1. 非快眼动睡眠(Non-rapid eye movement sleep， Non-REM)
睡眠一期（stage 1） 睡眠二期（stage 2） 睡眠三期（stage 3） 睡眠四期（stage 4）
2. 快眼动睡眠(Rapid eye movement sleep，REM)
不同于昏迷:睡眠是生理性的,可循环的, 可逆性的。
睡眠在行为学上判定标准：
1. 运动能动性降低； 2. 对刺激的反应减小； 3. 刻板的姿态（例：人类的闭眼躺卧）； 4. 比较容易逆转；
脑的电活动:
皮层诱发电位（evoked cortical potential）：
感觉传入系统受刺激时，在皮层上某一局限区 域引出的形式较为固定的电位变化．
昼昼夜夜节节律律调调节节
▪ 视交叉上核神经核团（SCN）是我们大脑中的主控时钟 （master clock）。SCN细胞具有24小时周期性的活化特征， 将这些细胞从大脑中分离出来，该调控机制同样有效。
▪ 动物缺乏SCN细胞，又缺乏外界的时间信息，它们就会失去 对包括睡眠在内的各种日常行为、活动以及生理过程的昼夜 调控能力。
表现四：自主神经系统的交感活性占主导地位。心率和呼吸 加速,但不规则,内稳态功能减弱,呼吸与血中CO2浓度的关联 减弱. 体温控制系统基本放弃,深部体温开始下降
本科生课程-9-神经系统高级功能脑电图睡眠与觉醒剖析
人一生中的睡眠觉醒周期
始于出生时,随年龄增长而变化: 新生儿一昼夜多个周期(60-90 min) 儿童两个周期(午睡与夜间睡眠) 成年人一个周期(与昼夜交替大致同步)
睡眠的时相
睡眠时许多生理功能都发生变化。例如，感觉功能减退，骨骼肌反射和肌 紧张减弱，植物性功能也发生改变。
应用脑电技术及其他测定发现睡眠具有两种不同的时相状态: 慢波睡眠(s1ow wave sleep) 快波睡眠(rapid wave sleep)，异相睡眠(paradoxical sleep)或快速眼
但是，异相睡眠会出现间断性的阵发性表现，这可能与某些疾病在夜间发 作有关，例如心绞痛、哮喘、阻塞性肺气肿缺氧发作等。有报导，病人 在夜间心绞痛发作前常先做梦，梦中情绪激动，伴有呼吸加快、血压升 高、心率加快，以致心绞痛发作而觉醒。
睡眠发生的机制
睡眠是由中枢内发生了一个主动过程而造成的，中枢内存在着 产生睡眠的中枢，有人认为，在脑干尾端存在能引起睡眠 和脑电波同步化的中枢。这一中枢向上传导可作用于大脑 皮层（有人称之为上行抑制系统），并与上行激动系统的 作用相对抗，从而调节着睡眠与觉醒的相互转化。
脑的高级功能
脑电图和脑诱发电位
自发脑电活动: 大脑皮层的神经元具有生物电活动，因此 大脑皮层经常有持续的节律性电位改变，称为自发脑电 活动。
脑电图: 临床上在头皮上用双极或单极记录法来观察皮层 的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图。
皮层电图: 在动物中将颅骨打开或以病人进行脑外科手术 时，直接在皮层表面引导的电位变化，称为皮层电图。
快波睡眠：在慢波睡眠后进入快波睡眠，这时眼球出现快速运 动，有时部分肌肉抽动，出现作梦。
快波睡眠的脑电特征：其脑电特点是一种去同步的低电压快波 脑电波。
始于出生时,随年龄增长而变化: 新生儿一昼夜多个周期(60-90 min) 儿童两个周期(午睡与夜间睡眠) 成年人一个周期(与昼夜交替大致同步)
睡眠的时相
睡眠时许多生理功能都发生变化。例如，感觉功能减退，骨骼肌反射和肌 紧张减弱，植物性功能也发生改变。
应用脑电技术及其他测定发现睡眠具有两种不同的时相状态: 慢波睡眠(s1ow wave sleep) 快波睡眠(rapid wave sleep)，异相睡眠(paradoxical sleep)或快速眼
但是，异相睡眠会出现间断性的阵发性表现，这可能与某些疾病在夜间发 作有关，例如心绞痛、哮喘、阻塞性肺气肿缺氧发作等。有报导，病人 在夜间心绞痛发作前常先做梦，梦中情绪激动，伴有呼吸加快、血压升 高、心率加快，以致心绞痛发作而觉醒。
睡眠发生的机制
睡眠是由中枢内发生了一个主动过程而造成的，中枢内存在着 产生睡眠的中枢，有人认为，在脑干尾端存在能引起睡眠 和脑电波同步化的中枢。这一中枢向上传导可作用于大脑 皮层（有人称之为上行抑制系统），并与上行激动系统的 作用相对抗，从而调节着睡眠与觉醒的相互转化。
脑的高级功能
脑电图和脑诱发电位
自发脑电活动: 大脑皮层的神经元具有生物电活动，因此 大脑皮层经常有持续的节律性电位改变，称为自发脑电 活动。
脑电图: 临床上在头皮上用双极或单极记录法来观察皮层 的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图。
皮层电图: 在动物中将颅骨打开或以病人进行脑外科手术 时，直接在皮层表面引导的电位变化，称为皮层电图。
快波睡眠：在慢波睡眠后进入快波睡眠，这时眼球出现快速运 动，有时部分肌肉抽动，出现作梦。
快波睡眠的脑电特征：其脑电特点是一种去同步的低电压快波 脑电波。
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Before we start…
我们一生中1/3的时间将在睡眠中度过 吃饭和娱乐也会占据另外的1/3时间 在剩余1/3的生命中
童年和各种教育占据1/3 老年时期占据另外1/3 因此，只有大约1/9的生命，大约不足10年时 间，可以用于有效的工作
Before we start…
根据MRI图像灰度值 将影像分割成不同的 组织类型 (皮肤、骨骼、 灰质、白质、脑脊液)
N Top
3D头部建模
根据这些组织类型生 成具有解剖精度的三 维头部模型 根据组织类型给每个 象素赋予电学特性数 值
将ERP和MRI的数据空间融合
P300在头皮上的生物电模型
P300在皮层表面的模型
偶极子源模型
没有肯定的关系 听阈在波较强时比其它时候更低(听觉更敏锐) 刺激复杂性增加时波抑制增加
EEG与感觉
EEG与基础研究
EEG与感觉
听觉辨别任务难度增加时波抑制增加 当任务不要求注意环境时, (例如心算)比要求注 意环境时顶叶波增加
EEG与注意
EEG的临床应用
癫痫
由于神经元混沌式活动导致的惊厥
睡眠障碍 脑肿瘤
诱发电位(Evoked Potential)与事 件相关电位(Event-Related Potential)
Definition
指对神经系统某一特定部位(包括从感受器 到大脑皮层)给予相宜的刺激，或使大脑对 刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系 统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺 激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位 相的生物电反应。
EP/ERP的采集：平均策略
平均技术的原理
由于刺激与EP之间存在锁时关 系 而背景噪音与刺激之间的关系是 随机的 多次叠加可以消除噪音影响，增 大信噪比 再除以叠加次数就可以使EP保 持原大小而大大削弱噪音
EP / ERP的种类
外源性刺激相关的诱发电位 (EP)
感觉 (visual or VEP, auditory or AEP, somatosensory or SEP) 运动(电或磁刺激诱发) 记忆和思维相关电位: P300 语言相关电位: N400 准备或预期相关: CNV
将电极直接放在暴露的动物脑表面，发现存在 电信号，发表于1875年 1887年, Caton通过干扰落在动物眼中的光线， 检测到脑电的负向波动
History of EEG
Dr. Hans Berger, 奥地利精神病学家
首次记录人体脑电 十八世纪20年代早期，利用移动感光纸和闪动 光点记录脑电，发现每秒10次的常规波动 由于这是他第一个从人类EEG中分离出来的波， 他将此波动命名为波 1929年，Berger发表了该结果，这是有关人类 脑电的第一篇论文
EP/ERP的特性
空间特性: 只能在特定的空间范围内检测到 时间特性: 具有特定的波形和强度分布 相位特性: 刺激和反应之间存在锁时(timelocked)关系
EP / ERP的起源
大部分源于大脑皮层, 因为皮层神经元有特 殊的层状排列 部分可能反映了脑干神经元的活动 EP / ERP均反映了脑内神经元群体的活动
ERP的定量化与参数提取
波幅(Amplitude) 潜伏期(Latency) 波峰间期(Inter-Peak Latency) 波幅比值和峰间期比值 (Ratio) 波面积 (Area under Curve)
ERP的临床解释
首先建立正常值数据库 理解各种参数的生理学和病理生理学意义
2-20 20-100
Alpha 7.5-13
Beta 14-30
清醒、放松
思维活动 儿童的支配频率，在成 人随困倦和注意而增加 深睡，婴儿支配频率
Theta 3.5-7.5
Delta
0.4-3
20-200
脑波的起源
两种可能的振荡控制
中心指挥型 凑呜曲型
脑波的起源
简单的细胞环路即可 产生振荡
十八世纪30年代，首先命名了波和波 第一个采用EEG作为脑电图的缩写名称 提出波幅度小于波 指出波与集中注意力和惊跳反应有关
History of EEG
Dr. Hans Berger
1931年，发现波在睡眠、全身麻醉、使用可 卡因等情况下消失 发现脑损伤造成颅内高压的患者波幅度减低 发现癫痫患者的高幅脑电波 发现Alzheimer‘s病和多发性硬化患者存在EEG 改变
EEG的记录
参考电极
单极与双极记录
遥控EEG记录 24小时跟踪
EEG的参数：频率
定义：单位时间(秒)内波的个数 单位: 赫兹(Herz, Hz) EEG频率的分类
波: 7.5-13 Hz 波: 14-30 Hz 波: 3.5-7.5 Hz 波: 0.4-3 Hz
频率与波幅
种类 频率(Hz) 波幅(uV) 主导时期 20-60
脑电图(Electroencephalogram, EEG)
EEG简介 EEG的记录 EEG的计算机辅助分析 EEG在基础和临床医学中的应用 事件相关电位
EEG简介
EEG的定义
通过放置在头皮表面的多个电极所 记录到的一组场电位
EEG的历史
Richard Caton, 利物浦内科医生
脑波的起源
甚至单个细胞在外来 刺激下也会产生振荡
脑波的起源
目前认为，神经细胞 的内在特性(intrinsic properties)及其相互 间的突触连接决定了 神经网络的振荡特性
EEG的参数：波幅
EEG的参数：波形
正常波形
EEG的参数：波形
• 正常变异
EEG的参数：波形
病理波形
脑干听觉诱发电位(BAEP)
运动诱发电位 (MEP)
在运动区及其传出通路上施加电或磁刺激 在下游通路上记录诱发电位 可利用经颅磁刺激(Transcranial Magnetic stimulation, TMS) 应用：客观、定量地反映中枢运动功能
运动诱发电位(MEP)
ERP与EP的区别
ERP研究中要求被试的主动参与 用于ERP研究的刺激不能单调 至少需要两种模式、序列或种类的刺激 ERP的外源性成分与刺激的物理性质相关, 而内源性成分(如P300, N400等)则与认知 活动相关
ERP的生物电模型
研究的真正目的是了解脑内, 而不是头皮上 发生了什么 脑内每一个电活动均可在头皮表面投影成 某种地形图 逆问题：源分析建模
逆问题的进展
使用高密度(例如128导联) ERP记录已降低 测量误差 使用磁力数字化装置定位ERP记录电极在 头皮上的位置
获得被试头部的磁共振影像
影像分割
History of EEG
Dr. Hans Berger
Carl Zeiss基金会注意到Berger的一系列发现 赠送给他电子放大器和特质的示波器，并为他 配备了助手
History of EEG
Dr. Hans Berger
发现癫痫病人在发作后脑波几乎变平； 波随 着意识的恢复而恢复 脑波在出生两月后采出现，与脑内神经元髓鞘 化的过程一致
EEG脑地形图
功率谱分析
EEG与基础医学研究
EEG与基础研究
EEG与运动功能
成人: no无肯定的关系 儿童: 脑电高频者 fast reaction time反应时间 较短 正性情绪时左侧额叶EEG活动增加 负性情绪时右侧额叶EEG活动增加
EEG与情绪
EEG与基础研究
EEG与IQ
History of EEG
Dr. Hans Berger的谨慎精神
Berger在自己和其它许多人身上反复记录 通过同步记录心电和头部血压变化，排除了由 血循环造成波动假相的可能性 将电极放在皮肤以下记录，排除了波动来自皮 肤的可能性
History of EEG
Dr. Hans Berger
计算机辅助下的EEG分析
在计算机协助下，可以
生成脑电地形图 声称三维重构影像 进行功率谱分析 以及其它许多分析
绘制意识之图
数字化的EEG
模/数转换(A/D converter) 采样间隔(sampling time interval): 0.005 - 0.01 s 实时(real time)记录 定量EEG: 可用于显示、滤 波、频率及波幅分析、以及 彩色地形图
EEG的参数：波形
人工假相: 技术问题或外部干扰所致，一 般较为短暂
可能因电极移动、接触不良、肌肉或头部运 动、出汗等造成
EEG解释的困难
每个通道的皮层电位是脑内大量神经元活 动组合的反映 源的贡献随着其与电极距离的缩短而非线 性地增大 在向头皮传递过程中受脑膜、头骨和皮肤 影响可能会衰减或扭曲
P300简介
最经典、最早发现且研 究最广泛的ERP 波形在顶叶中线附近最 明显 主要反映脑对外部信息 的认知过程
P300: 应用
P300与反应时：无必然联系 P300与智能：操作智能越低，P300的潜伏期越 长，幅度越低 P300与测谎：从植物神经生理到神经电生理变化 P300与临床：主要用于各种原因而致的认知障碍 的病人，可以为智能障碍及其程度提供神经电生 理的依据；神经精神药物的药效学和药理学指标