生物物理学报
第二十四卷
第三期
二!!八年六月
ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.24 No.3
J un. 2008
癫痫发作间期 alpha 波的窄带相位同步分析
裘嘉恒 1, 李雅堂 1, 许坤涵 1, 杨 卓 2, 张 涛1
(1. 南开大学生命科学学院,生物活性材料教育部重点实验室,天津 300071;2. 南开大学医学院,天津 300071)
摘要: 神经元同步化放电是癫痫发 作 的 一 个 重 要 特 征 . 作 者 提 出 并 运 用 窄 带 相 位 同 步 技 术 对 比 分 析 了 54 个 癫 痫 病 人 和 10 个 正 常 成 年 人 的 脑 电 信 号 (EEG) 数 据 . 结 果 表 明 , 相 对 于 对 照 组 , 癫 痫 组 的 Alpha 波 的 平 均 窄 带相位同步值有显著下降 (P=0.02058) .为了更准确地刻画和衡量癫痫组和其对照组在同步模式上的差异, 提出 了一个新的具体的量化指标, 即 alpha 波的窄带相位同步发散率.分析结果显 示 , 对 照 组 的 窄 带 相 位 同 步 发 散 率 明显低于癫痫组 (P=0.003060) 说明对照组的 alpha 波振子间互诱导强度更高.这可能反映了癫痫组窄带相位同 , 步发散率的升高及所代表的 alpha 振子间互诱导强度的减弱与患者在癫痫发作间期的状态有密切的联系. 关键词: 癫痫; 相位同步; 脑电波; alpha 波段相位同步发散率 中图分类号: R338
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引
言
近年来,研究者发现同步现象在癫痫的发生过 程中扮演了重要角色[1],各种同步理论被应用于分 析脑区不同部位的脑电波 (EEG) .同步的概念来 自于 17 世纪 Huygens 发现的两个钟摆之间相同的 震荡运动[2].在上世纪后期,同步理论逐步被应用 到非线性领域[3,4].Rulkov 等[5]首次提出广义同步的 概念来描述两个非线性系统中的函数映射关系,但 是他的研究仅仅是根据已知的非线性方程,而对来 自于缺乏先验知识系统的时间序列 (例如 EEG) , 则很难检测它们之间的函数关系.在各种同步理论 中,相位同步由于忽略了振幅的影响,对振子间微 弱的耦合相当敏感 [6],因此成为癫痫 EEG 的多导 联研究中的一个重要方法.Lachaux 等 [7]首次应用 了相位同步理论和方法探索当癫痫病人进行视觉识 别任务时的颅内 EEG.Mormann 等[8]将相位同步和 瞬时相位的统计分布应用于分析颞叶癫痫病人的 EEG,发现了在癫痫发作前同步性有显著的变化. 在随后的研究中,他们进一步指出癫痫发作数小时 前同步性会有明显下降[9]. 癫痫发作与神经元超同步放电密切相关,这一 观点已被广泛认同 [10,11].但是,在癫痫发作间期 EEG 各导联之间的同步性相对健康人群脑电波的 同步性究竟有哪些变化呢 Bhattacharya [12] 发现处 于癫痫发作间期的患者在安静闭目的状态下,长时
程 EEG 的相位同步的程度相比较其对照组脑电波 有显著的下降,并且最显著的差异发生在两组之间 的 alpha 波段上.众所周知,alpha 波是健康成年 人头皮脑电的一个主要频段.自从 Berger [13] 发现 alpha 波以来,人们一直认为 alpha 波代表了中枢 神经系统的一种被动状态,或者是大脑的空载 (idling)状态 [14].目前比较流行的观点是 alpha 波 不仅仅是一种自发的状态,而且它与记忆,行为, 情感等有着紧密的联系,并能够在某些特定的情况 下被诱发或者阻断[15]. 在许多研究中 Hilbert 变换被直接应用于宽带 (如带宽大于 50 Hz)的 EEG 信号 [8,9,16],并且被认 为所获得的瞬时相位包含了 EEG 所有的频谱信 息 [17,18].但是,正如 Klimesch [19]所指出的,窄带相 位同步的分析能够减少漏检频率的风险,因此研究 者必须谨慎地对待那些宽带的分析结果.而且,为 了提取分析信号,首先必须获得如下形式:x(t)= (t)] A(t)exp[iφ [20].但是并不是任意的函数对{A(t), (t)}都能直接定义信号的瞬时相位和幅值,尤其是 φ 当振子展现出宽带的模式时[21].对于一个类似 x(t) = (t) A(t)cosφ 的实时信号,当其展现出窄带模式的特
收稿日期 : 2007-11-07 基 金 项 目 : 国家自然科学基金面上项目 (30370386,30470453,

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