电生理学2015,723临床神经

1、上海市精神卫生中心脑电影像室 王继军 临床神经电生理学脑电图（EEG）诱发电位、事件相关电位（EP、ERPs）脑磁图（MEG）经经颅磁刺激（TMS）眼动检测主要介绍内容一、脑电图（EEG）Dr. Hans Berger （1873-1941）。德国精神病学家，于1929年第一次从人头皮记录到EEG。Hans Berger 的工作档案EEG记录仪受试者最早的EEG图谱EEG的来源：突触后电位（PSP）；中间神经元；靠近大脑皮层的树状突起；大量PSP的同步活动，尤其是与表面垂直的排列。EEG的起源Electroencephalograph EEG记录部位F (frontal)；C (central

2、)；P (parietal)；O (occipital)；T (temporal)；奇数：左侧；偶数：右侧；1020系统。基本概念（频率和振幅）位相异常放电波棘波 Spike：14Hz；尖波 Sharp；5Hz-14Hz正常清醒时EEG的特点以alpha波或比alpha更快的脑波为主，可以有少量theta波，但是没有delta波；alpha波或快波有正常的分布；同一部位左右波幅差20；同一部位左右频率差10；alpha波，因睁眼、感知觉刺激、精神活动等，而明显抑制；alpha波或快波不会表现出高波幅；没有Spike 或 sharp。Alpha节律的睁眼抑制和调幅现象睡眠EEG特征睡眠分类EEG

3、表现非REM睡眠I期：波占全体EEG的50%以下，低幅波和波。II期：出现睡眠纺锤波（spindle），波占全体EEG的20%以下。III期：波占全体EEG的2050%，属于慢波睡眠。IV期：波占全体EEG的50%以上，属于慢波睡眠。REM睡眠脑电EEG与非REM睡眠I期类似，出现快速眼动，对抗重力的肌肉（骨骼肌）紧张度低下觉醒期由左往右，睡意渐浓，alpha波频率由快慢，波幅由低高低。睡眠1期（涟波期ripple）：Alpha 减少50以上；Theta 波或20Hz快波偶然出现；1-7分钟；EOG平坦。睡眠1、2期交界（hump期）睡眠2期：睡眠纺锤波（14Hz12Hz左右）K comple

4、x没有3、4期特征性慢波睡眠3期：2Hz以下75uV以上的慢波：2050睡眠4期：2Hz以下75uV以上的慢波：50。REM睡眠期：1. 与睡眠一期相似EEG；2. REMs；3. 抗地球引力的肌肉张力低下。嗜睡期EEG REM期EEG睡眠EEG总结整夜睡眠周期白框：非REM睡眠；黑框：REM睡眠EEG临床应用1. 清醒EEG vs 睡眠EEG ：诊断睡眠障碍2. 意识障碍（如谵妄）：动态观察3. Epilepsy （略）发作性睡病：sleep onset REM发作性睡病：矛盾alpha 阻断意识障碍EEG改变慢波化平坦化睡眠波形的出现阵发异常放电（癫痫）正常脑电波纵向观察：随访Alpha

5、8-9 Hz 一周后： Alpha 10-11 Hz服过量鲁米那（每天400mg）后、轻度意识障碍二、诱发电位、事件相关电位（EP、ERPs）1234脑诱发电位信号的提取：平均叠加法脑电图与脑诱发电位的比较 感觉诱发电位 vs 运动诱发电位 感觉诱发电位:听觉诱发电位(Auditory evoked potentials，AEP),视觉诱发电位(Visualevoked potentialst, VEP) 体感诱发电位(Somatosensory evoked potentials，SEP) 运动诱发电位（motor evoked potentials）:相应靶肌肉表面记录动作电位（肌源信号）

6、 诱发电位 vs 事件相关电位事件相关电位，event-related potentials，ERPs事件：心理学事件事件相关电位关联性负变化CNV事件相关电位P300失匹配负波（Mismatch negativity，MMN） 语义歧义电位N400 错误相关负电位ERNGamma共振 听觉诱发电位和ERPs潜伏期短 中 长 P50 suppression 感觉门控抑制 S1 S2 S1 S2250 500 ms 5 seconds 250 500 ms By Freedman et al., 2000.P50 suppression： S2/S1波幅事件相关电位 P300RRRRRRFFFF

7、FFFFFFFFFFFFFFAuditory oddball paradigmR: RareTarget StimuliHigh tones 2000Hz20%F: Frequent Non-Target StimuliLow tones 1000Hz80%StimuliDuration90 ms (10 ms rise and fall)Intensity80 db SPLISI2000100msERPs by non-target stimulusERPs by target stimulusN1N2P2P300200 ms-10V P300 reflects high-order inf

8、ormation processing associated with the contextual evaluation of attended stimuli, and its latency indexes the time taken for such activation (Donchin and Coles 1988). 18 y.o. 19 y.o. 20 y.o. 21 y.o. 22 y.o.Onset of schizophreniaA case of follow up ERPs from high risk study who had onset of schizoph

9、renia 对一例精神分裂症高危者的5年随访Reduction in P300 amplitude of schizophrenia patientsBy Hirayasu et al 1998, Biological Psychiatry首发精神分裂症P300潜伏期与年龄的相关性Wang et al. Clin Neurophysiol, 2003(N=20)(N=23)精神分裂症首次就诊前病程（DUP）与事件相关电位P300(Wang J, Hirayasu Y, Hokama H, Tanaka S, Kondo T, Zhang M, Xiao Z. Influence of dura

10、tion of untreated psychosis on auditory P300 in drug-naive and first-episode schizophrenia. Psychiatry Clin Neurosci. 2005) 首次就诊前病程（DUP）长，P300恢复不良。(Wang J, Hirayasu Y, Hokama H, Tanaka S, Kondo T, Zhang M, Xiao Z. Influence of duration of untreated psychosis on auditory P300 in drug-naive and first-

11、episode schizophrenia. Psychiatry Clin Neurosci. 2005) 汉词对（S1-S2）刺激模式StimulusCondition Number of trialsResponseExampleS1-S2 (in English)Related60Yes開始-終了 (beginning-ending)Unrelated60Yes戦争-郵便 (war-mail)Non-word60No片道-宇書 (one way-grofe)语义无关汉词诱发的事件相关电位N400 应用LORETA求得的N400神经发生源（ S2后350-400ms，以左侧颞中回与海马旁

12、回为主） S2后350-400ms范围内N400主要神经发生源（P10 labs, and in First Episode unmedicated SZ)40 Hz stimuli30 Hz stimuli20 Hz stimuli20uV2Control (N=15)Schizophrenia (N=15)040Hz20040Hz20040Hz20040Hz20040Hz20040Hz2010Kwon et al., Archives Gen Psychiatry, 1999Less 40 Hz (gamma) following in Schizophrenia抗精神病药物干预对分裂症g

13、amma信号的影响P=NSP=NSP0.05P0.05P0.05。首发分裂症的脑电gamma位相ITC首发分裂症，N=53；对照组，N=47；两组之间各导联，*：P0.05；*：P0.01。分裂症闭眼gamma ITC与阴性症状之间的相关性r=-0.417，P0.05。文字识别时的gamma信号研究（1）ERP(a) 分裂症 (True (blue) vs False (red)(b) 对照者 (True (blue) vs False (red)真文字伪文字文字识别时的gamma信号研究（2）(a) 一级亲属(True (blue) vs False (red)(b) 对照者 (True (

14、blue) vs False (red)ERP真文字伪文字复杂网络分析脑电信号闭眼状态 睁眼状态未服药患者N=14N=10三、脑磁图（MEG）MEG记录MEG记录和磁源性成像技术四、经颅磁刺激TMS经颅磁刺激（TMS）技术InducedEMF. FieldCharging CircuitOutputCircuitTank CapacitorCPower SupplyVCOILThyristorTriggerCapacitor is charged to 300 Joules ( CV)Pulse triggers the thyristorThyristor discharges capaci

15、tor through the CoilWhich generates a magnetic field B ( 4 Tesla) and induces EMF field up to 50 KT/sBICurrent I :Monophasic Biphasic经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation , TMS）经颅磁刺激的分类单脉冲刺激（single pulse TMS）；双脉冲刺激（paired pulse TMS）；重复刺激（repetitive TMS，rTMS）；经颅磁刺激TMSSingle pulse TMS measures rTMS刺

16、激强度：参照运动阈值（80%-110% MT ）JawTongueLipsSwallowingFaceEye5FingersThumb324ToesHipTrunkShoulderWristHandElbowKneeAnkleNeck (back)EyebrowsCortical LatenciesIncreased Amplitude by Increasing Stimulation PowerMEP with Keypoint ClassicSingle pulse TMS measuresMotor threshold：rest MT，active MT，反映神经细胞膜的兴奋性MEP

17、amplitude：peak-to-peak amplitude or MEP area，皮质总的兴奋性MEP潜伏期和中枢运动传导时间Cortical silent period ，皮层静息期Input-output Curves Input-output CurvesPaired-pulse TMS TMS pulses in conditioning-test paradigm探讨：M1皮质内神经回路功能，rTMS的抑制和易化效应SICI：短间隔皮质内抑制ICF ：短间隔皮质内易化IHI ：半球间抑制rTMS：重复经颅磁刺激 如何重复？每次以一定的刺激频率，给予2000个以上的脉冲瞬时效应

18、vs长期效应；局部效应vs远隔效应；左侧前额叶1 Hz TMS导致的边缘区特征性继发活动左侧前额叶背侧段右侧眶额回皮质脑岛海马双侧丘脑双侧颞中叶 （听觉皮层，因噪音影响导致）交错TMS/BLOD fMRIP3 Hz）刺激可以兴奋局部皮质；低频率rTMS（1Hz）刺激可以抑制局部皮质；rTMS干预强度90%-120%运动阈值（MT）运动阈值（MT）：刺激运动皮质，可以导致对侧靶肌肉产生运动所需要的最小强度，以仪器输出功率的百分比表示。rTMS辅助治疗精神分裂症幻听：Efficacy of slow repetitive transcranial magnetic stimulation in t

19、he treatment of resistant auditory hallucinations in schizophrenia: a meta-analysis.Aleman A, Sommer IE, Kahn RS. J Clin Psychiatry. 2007 Mar;68(3):416-21.1 Hz rTMS刺激左侧颞顶皮质。 包含10 个研究, 共 212 患者。效应值 d = 0.76 (95% CI = 0.36 to 1.17)。结论：rTMS治疗幻听有效。阴性症状研究设计：1. 研究组别：3组，每组17例患者；2. 10Hz刺激组（每天1000个脉冲），1Hz刺激组

20、（每天100个脉冲） ，对照组；3. 每天刺激1回，共计20回，持续4周；4. 抗精神病药物治疗维持；rTMS技术的安全性意外抽搐：千分之一，小于应用部分抗抑郁药和抗精神病药；一过性头痛： 十分之一，相对常见，但是，程度轻、持续时间短，一般不需特殊处理；听阈 ：一过性性轻微影响，可以通过佩戴耳机预防；认知功能：可以改善；安全性是治疗技术的优点五、眼动检测眼动追踪仪测量眼睛的位置和眼球的活动广泛应用于心理学，认知科学，精神病学。平稳眼跟踪运动平稳眼跟踪运动（smooth pursuit eye movement, SPEM） 跟踪值（Gain） ：眼球运动速度与靶运动速度的比值 眼扫视运动（Sa

21、ccades） ：补偿性（Compensatory）和干扰性（Intrusive）精神分裂症患者：眼跟踪值减低，而补偿性眼扫视运动增多。 SPEM异常率：40-80的分裂症患者；25-40一级亲属；8的健康对照者。眼扫视运动 眼扫视运动：当受试者的视线由一点转移至另一点时出现的急速眼球颤动，也称为眼急动。 抗眼扫视任务（Antisaccade task）：受试者被指示做一个与靶运动方向相反的眼扫视。 抗眼扫视运动探查性眼球运动（Exploratory eye movement） 受试者随意注视静止图像时出现的眼球运动。方法：让受试者注视几何图形或者是人物等的图片。观察指标：注意点运动数及活动范围，记录指标为注视点、总移动距离、平均移动距离、认知性探