单侧睁眼闭眼引起的全脑脑电图差异研究

王 坤 崔维棋 李国珍 陈昭燃

(首都医科大学基础医学院神经生物学系 高级脑功能研究中心，北京 100069)

过去的几十年中，在临床和实验控制条件下，脑电技术已经被广泛应用于大脑的研究。在人的头皮，可以记录到自发脑电(electroencephalography)，大多数健康成年人的脑电以α波(8～13 Hz)为主，在无任务清醒闭眼状态(即静息状态)时幅度最高，主要分布在顶枕区;而睁眼后幅度会有一定的降低［1-2］。有实验［3］显示，在静息状态下，分别对被试者清醒闭眼和睁眼的脑电数据进行分析，发现闭眼状态下全脑α波的平均功率比睁眼状态下强。在七波段(Delta，Theta，Alpha-1，Alpha-2，Beta-1，Beta-2，Gamma)的任意波段，区别都很明显［4］。结果证实了使用α波平均功率水平作为衡量静息状态下睁眼闭眼状态的标准［5-6］。

一项以鸽子为研究对象的实验［7］显示单侧眼睛的关闭和大脑两半球不对称之间存在关联。对于一个已知的大脑半球，对侧眼睛闭合的时候，标准化的2～4 Hz脑电图能量比眼睛睁开时更大。而单侧外界光线刺激引起的对侧大脑半球及视觉皮质的变化，经过视交叉传入，胼胝体整合两边的头脑反应是否是一种持续性变化从而引起两侧EEG图谱一致?或者仅仅是一种短暂刺激输入，引起EEG区域能量图存在区别?相关的研究报道很少。

有研究［8］证实，在视觉输入时使α波活性增加的量减少的主要变量因素可能是通过闭眼或熄灭光线。本研究的重点是通过分析EEG数据，在15个受试者清醒静息的状态，当受试者分别睁开和闭合单侧的眼睛(另一侧遮蔽，眼睛保持睁开状态)时，计算128-channel全波段平均波动的能量，并比较全脑能量的差异。进一步利用Two Way RM ANOVA得到单侧闭眼与睁眼两种情况下差异有统计学意义的波段，以此探讨在单侧闭眼与睁眼状态下大脑七波段活动的差异。

1 研究对象与方法

1.1 对象

本试验通过校园广告招募本校大学生15名，均为男性，年龄在19～27岁，平均年龄24岁。受试者要求:经中文版爱丁堡左右利手量表测量均为右利手。实验开始前每位受试者需要认真填写特质焦虑量表、状态焦虑量表、自我效能量表和简明恐惧量表以确保每位受试者的心理状态均在正常值范围内。排除精神疾病、神经病史及手臂手指外伤手术史。视力正常或校正至正常。近期内未用任何精神类药物。本试验经过首都医科大学伦理委员会批准，符合赫尔辛基宣言的精神。实验在首都医科大学高级脑功能研究中心完成，实验前每位受试者都自愿签署知情同意书。

1.2 方法

1)实验设备

荷兰ANT公司生产的脑电信号采集系统，ASA数据处理系统，Sigma Stat version 3.5软件系统，单侧遮蔽的眼镜等。

2)实验过程

EEG采集:实验采用荷兰ANT公司生产的128导脑电信号采集系统，采样频率为256 Hz。参考电极取双耳连接，头皮电阻小于5 kQ，并同时记录水平眼电和垂直眼电。实验包括两部分:① 在一个安静的房间中，要求受试者保持安静、闭眼、放松的状态坐在舒适的椅子上，尽量不移动头部，以减少头动和身体移动对脑电信号的影响;② 在受试者静息状态时，分别在单侧眼闭眼和睁眼时(左开/左闭，右开/右闭)分别记录2 min EEG(遮蔽的眼睛保持睁眼状态，但光刺激被阻断)(图1)。

图1 实验过程中，受试者单侧睁眼闭眼Fig.1 In the process of experiment，participants unilateral eyes-open and eyes-closed

EEG数据处理:完成连续记录EEG后离线(offline)处理数据。用ASA软件矫正DC飘移，0.01 Hz～100 Hz低通滤波，50 Hz市电干扰，去眨眼、头动等伪迹，因眼电伪迹和其他伪迹产生的振幅在±80 μV2之外的在叠加中被自动剔除。在去除眼电干扰及伪迹之后，EEG时间窗为2 s，数据经过快速傅里叶转换FFT，从而获得每个电极点7个波段脑电能量μV2，其中七波段脑电波包括 Delta(0.5 ～3.5 Hz)，Theta(4 ～7 Hz)，Alpha-1(7.5 ～9.5 Hz)，Alpha-2(10 ～12 Hz)，Beta-1(13～23 Hz)，Beta-2(24～34 Hz)和 Gamma(35 ～45 Hz)［2］。

1.3 统计学方法

全部资料均采用SigmaStat Version 3.5软件进行分析，数据资料用Two Way RM ANOVA统计检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

分别记录受试者在单侧闭眼和睁眼时2 min脑电信号，经过离线分析处理，快速傅里叶转换，结果在七波段脑电图波幅地形图上显示，闭眼和睁眼时相比，主要在Alpha-1和Alpha-2存在明显的差别(Alpha-1，P=0.038;图 2;Alpha-2，P=0.02 图 3);单侧睁眼闭眼，波幅差异无统计学意义〔Alpha-1(P=0.502)和Alpha-2(P=0.984)〕，其他波段差异均无统计学意义(表1)。

图2 Alpha-1波图谱及统计分析结果Fig.2 Alpha-1 bandchart and statistic analysis result

图3 Alpha-2波图谱及统计分析结果Fig.3 Alpha-2 bandchart and statistic analysis result

3 讨论

本课题组研究了15个健康的年轻男性在单侧眼睛睁开和闭合时的脑电图谱的差异。以往的研究［3-6］中，注意力主要在于两侧的眼睛接受任务刺激时大脑全波段能量的改变，而很少关注单侧眼睛接受刺激时的变化。本实验研究了受试者在静息状态下单侧眼睁开和闭合时，大脑七波段脑电能量的变化。在静息的条件下，正常健康人闭上眼睛时，脑电活动中α波的活动扮演了重要的角色，视觉刺激抑制其活动。后来的研究［9］也指出，当受试者睁眼时，α波活动降低最为显著，尽管这种联系的潜在机制尚不清楚。有研究［10］显示左侧额叶α波活动强度比右侧额叶α波活动强度小，表明左侧额叶比右侧额叶活动更强烈。而有研究［11］也表明由睁眼闭眼引起的额叶α波事件相关同步性转变，或许是一种老年痴呆症患者的早期脑磁图变化，它很可能是代表疾病生理状态的标志。因此近年来对于α波课题的研究越来越多。但是α波本身不是很持续稳定的，强弱不一，而且α波易受情绪、年龄等因素的影响而变化。本研究把注意力集中到大脑七波段EEG地形图的变化上，结果表明，闭眼情况下α波功率显著高于睁眼，比较七波段(包括Alpha-1，Alpha-2)单侧眼睛睁闭时，差异无统计学意义，证明单侧外界光线刺激引起的对侧大脑半球及视觉皮质的变化，经过视交叉(optic chiasm)传入，胼胝体(corpus callosum)整合两边的头脑反应是一种持续性变化，两侧半球七波段EEG变化一致，而非仅仅是一种短暂的信号传入对侧的视觉脑区，而单侧眼睛睁闭时，或者同一只眼睛接受的光刺激会同时向两侧视觉皮质有所投射，所以即使不通过胼胝体，也可能出现本研究所观察到的现象，分析单侧脑半球Alpha波(包括Alpha-1，Alpha-2)的差异性时，提示出现了明显的差异。

表1 单侧睁眼闭眼条件下，大脑7波段EEG能量统计学结果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

表1 单侧睁眼闭眼条件下，大脑7波段EEG能量统计学结果Tab.1 Unilateral eyes-open and eyes-closed conditions，the brain 7 band EEG energy statistics results(±s)(μV，n=15)

EEG:electroencephalogram;L-EO:left eye open;L-EC:left eye closed;R-EO:right eye open;R-EC:right eye closed.

Spectral regional L-EO L-EC R-EO R-EC Delta 43.981 ±12.68 36.469 ±7.40 31.277 ±5.344 49.264 ±10.597 Theta 3.731 ±0.612 3.581 ±0.389 3.101 ±0.262 3.532 ±0.397 Alpha-1 1.704 ±0.344 3.396 ±1.074 2.133 ±0.73 4.362 ±1.376 Alpha-2 3.753 ±1.481 11.616 ±3.02 4.681 ±2.501 12.512 ±3.936 Beta-1 3.486 ±0.736 4.878 ±0.936 3.883 ±0.856 4.119 ±0.829 Beta-2 2.499 ±0.581 2.741 ±0.826 2.739 ±0.658 1.769 ±0.464 Gama 2.129 ±0.479 2.667 ±0.851 3.05 ±0.836 1.638 ±0.525

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