1318岁青少年波特征分析

1318岁青少年波特征分析

大脑是人体的中心组织，它协调和控制着人体各器官的功能。因此，eeg的增长率在人类成熟和衰老中起着重要作用。eeg是eeg在人类生理功能中综合研究的基本方法。在许多研究方法中，eeg方法是人类生理功能的基本研究方法。通过eeg方法，人们可以通过神经电活动的变化来了解大脑是如何通过大量神经元素相互作用产生高级认知功能的。随着认知科学知识的繁荣和发展，越来越多的研究人员将脑波作为调查认知活动脑机制的指标，并继续发展人们对脑波的理解。根据这项研究，认知功能与eeg低频慢波（eg）的检测有关，但在文献中，一些文献指出，eeg的研究是被忽视的，而给予特别注意。研究者们利用EEG技术在成人脑生理功能的增龄变化方面积累了大量的资料,有研究表明,健康成人(18～60岁)脑波以α波占优势,α波指数平均为75%,α波节律波幅为10～100μV.全脑α波的频率变化范围应小于2Hz,两半球对应区频率不应超过0.5Hz.就头部各区而言,枕区α波数量最低,波幅最高,波形最整齐,节律性最慢,以下依次为后颞、顶、中央、额、前中颞.Byring等对比了拼写困难儿童与正常儿童的脑电图,发现拼写困难儿童顶枕裂处(尤其在左脑)的α波功率下降,且拼写困难儿童左右两半球颞区与顶枕裂处α波的功率比,比正常儿童明显偏高.Obrist分析了正常老年人EEG的特点,发现主要为α节律变慢,电压趋向降低,α指数减少.65～79岁老年人α波节律平均为9.13Hz,80岁以上的为8.64Hz,其中约1/4～1/2其α波节律慢于8Hz.Obrist等人提出老年人α波的节律的变慢与智能减退之间呈正相关.Ono等的研究也表明,老年人的智力或认知功能减退,可能与α波的节律减慢及其功率降低有关.此外,临床研究发现,脑器质性病变和阿尔茨海默病患者α波的节律明显变慢,弥散性和局灶性慢活动明显增加,后者α节律甚至消失,代之以弥散的δ和θ波的节律慢活动.由此可见,α波不仅与认知功能有关,而且,反映了大脑的衰老过程.而对处于大脑迅速发育和成熟时期的儿童、青少年的脑波特点则很少涉及.虽然国内学者早在20世纪60年代就对4～20岁的正常儿童青少年被试的脑电图进行过研究,但应当指出的是,随着经济的发展、生活水平的提高,儿童青少年大脑发育、成熟的速度有可能因此发生变化.然而,在很长一段时期内,仍缺乏对儿童青少年脑波发展特点的验证性研究.在前人研究的基础上,沃建中等人对6～12岁儿童脑电α波的发展特点进行了研究,发现儿童8和9Hz脑电波成分在α波中所占比率逐渐降低;儿童10Hz脑电波成分在α波中所占比率的变化起伏较大,在总体上呈上升趋势;11Hz脑电波成分在α波中所占比率逐渐增高;12和13Hz的比率变化不大,呈微弱的上升趋势.另外,从α波的优势成分来看,6岁时是8和9Hz成分;7～9岁时是9,8和10Hz成分;10岁时是10Hz成分;11岁时是10和9Hz成分;12岁时是10,9,11和8Hz成分.这说明α波随着年龄的增加而发生变化的.本研究拟探讨13～18岁正常青少年脑电α波的发展特点和规律,为脑功能的发展性研究提供新的证据.1学习方法1.1被试年龄性别分布按成绩好、中、差的层次随机选取浙江省富阳市一所中学13～18岁中学生192人为被试,其年龄和性别分布情况如表1所示.要求被试身体健康,无脑部及其他可能影响脑电活动的疾病;皆为右利手;被试在实验前24h内禁用中枢性药物及兴奋性饮料,保证正常睡眠;测试前一天把头洗净,以配合实验的顺利进行.1.2脑电波信号采用脑电超慢涨落分析仪,按国际10-20系统安置电极,引出导线连接到9612型12道脑电放大器,选用F3,F4,C3,C4,P3,P4,O1,O2,F7,F8,T5,T6共12导联进行单极引导,以双耳连线为参考电极,前额正中接地保护,记录被试在正常安静闭眼状态下的脑电α波(8～13Hz)信号.脑电信号放大倍数为20000,时间常数0.03s,截止频率30Hz,信号采集时间为1025s.1.3数据库设计和统计分析将脑电超慢涨落分析仪自动采集的脑电α波数据,在计算机上进行转换,用FoxPro5.0数据库软件进行处理,并用SPSS9.0forWindows统计软件进行统计分析.2青少年波发展特点利用采集到的脑电α波的信息,我们分别考察了13～18岁青少年α波频率成分及平均频率(ˉff¯)的发展特点、不同年龄青少年α波优势成分的特点和α波的脑区分布特点.2.1波的频率成分根据脑电α波中不同频率成分在不同脑区所占比率R的数据,我们分别考察了8,9,10,11,12和13Hz的α波及其ˉf的年龄和性别特点.卡方检验的结果表明,不同年龄和性别的青少年α波的6种频率成分所占R均不存在显著的差异.在同一年龄阶段,不同性别青少年其α波各频率成分所占R均无显著差异,因此,我们将男女被试的数据综合在一起,结果如图1所示.可以看出,随年龄增长,青少年α波不同频率成分的变化幅度不大.其中,8和11Hz脑电成分在α波中所占R呈微弱的下降趋势;9和10Hz的R呈微弱的上升趋势;12和13Hz的R变化甚小,基本保持稳定.根ˉf据不同频率的α波成分所占的R,使用公式ftot=R8×8+R9×9+R10×10+R11×11+R12×12+R13×13(R8～13分别为几种不同频率成分在α波中所占的比率),计算出各年龄组被试的ˉf,结果见图2.用ANOVA对ˉf的年龄和性别差异进行检验,结果表明,不同年龄青少年α波的ˉf没有显著差异,而不同性别间存在显著差异(f=4.230(1,191),P=0.041).从图中可以直观地看出,除18岁之外,各年龄组女生的α波的ˉf均高于男生;14岁以后,男女生α波的ˉf的变化呈相反的趋势.总体上,13～18岁青少年α波的ˉf变化不大,基本保持稳定.为进一步探讨不同年龄青少年α波的6种频率成分之间的关系,我们分别对每一年龄组被试的不同频率α波在全脑所占R进行了比较和分析,以找出不同年龄青少年α波中的优势成分.从α波不同频率成分在全脑所占R的示意图(图3)中可以看出,13～18岁青少年α波不同频率成分的R由高到低依次为10,9,11,8,12和13Hz.非参数检验的结果显示,除9与11和8Hz之间的差异不显著外(P>0.05),其他频率成分两两之间均存在显著差异(P<0.05).结果表明,10Hz成分为13～18岁青少年α波的主导成分.上述分析表明,13～18岁青少年α波不同频率成分所占R和ˉf的年龄差异均不显著.因此,我们将不同年龄被试的数据综合在一起,考察α波频率成分和ˉf的脑区分布特点.为考察不同频率α波的脑区分布特点,根据所有被试的数据,我们计算出不同脑区6种频率α波所占的R,如图4所示.卡方检验的结果表明:8Hz的α波在全脑12个脑区的R存在显著差异(χ2=739.921,P=0.000),其分布R由高到低依次为后颞叶、额叶、顶叶、前颞叶、中央区、枕叶;9Hz的α波在全脑12个脑区的R存在显著差异(χ2=107.160,P=0.000),其分布R由高到低依次为额叶、后颞叶、前颞叶、顶叶、中央区、枕叶;10Hz的α波在不同脑区的R存在显著差异(χ2=232.188,P=0.000),其分布R由高到低依次为枕叶、前颞叶、额叶、顶叶、中央区、后颞叶;11Hz的α波在全脑12个脑区的R存在显著差异(χ2=132.293,P=0.000),其分布R由高到低依次为枕叶、中央区、顶叶、后颞叶、前颞叶、额叶;12Hz的α波在不同脑区的R也存在显著差异(χ2=257.078,P=0.000),其分布R由高到低依次为中央区、后颞叶、顶叶、枕叶、前颞叶、额叶;13Hz的α波在各脑区的R存在显著差异(χ2=251.320,P=0.000),其分布R由高到低依次为后颞叶、中央区、前颞叶、顶叶、额叶、枕叶.我们对不同频率α波在左右对称脑区的R进行了比较和分析,非参数检验的结果表明:8Hzα波在右额叶的分布R显著大于左额叶(Z=2.422,P<0.05),左枕叶的R显著大于右枕叶(Z=3.506,P<0.001);9Hzα波在左右对称脑区的分布R均不存在显著差异;10Hzα波在右顶叶的分布R显著大于左顶叶(Z=3.596,P<0.001),右枕叶的R显著大于左枕叶(Z=3.312,P<0.01),右前颞的R显著大于左前颞(Z=3.421,P<0.001);11Hzα波在左右对称脑区的分布R均不存在显著差异;12Hzα波在左脑各脑区的分布R均显著大于右侧对称脑区(Z=3.046～4.770,P<0.01);13Hzα波在左脑各脑区的分布R也均显著大于右侧对称脑区(Z=2.525～3.699,P<0.05).其他左右脑对称区域的同一频率α波的分布R则不存在显著差异.计ˉf算出12个脑区的α波ˉf见图5.从全脑范围来看,α波的ˉf从高到低依次为枕叶、中央区、后颞叶、顶叶、前颞叶、额叶.t检验的结果表明,除顶叶、前颞叶和后颞叶两两之间差异不显著以外,其他脑区两两间均存在显著性差异(t=3.111～12.520,P<0.01).左右对称脑区两两配对进行t检验,结果表明,除枕叶外,其他脑区左侧ˉf均显著大于右侧对称区域(t=2.102～2.997,P<0.05).3波的年龄和分布特点根据ET技术采集到的青少年被试安静闭目状态下的脑电α波信号,我们着重探讨以下几个问题:1)青少年年龄增长与α波6种频率成分、优势f和ˉf的关系:在13～18岁阶段,随着年龄的增长,α波不同频率成分的变化幅度不大.其中,8和11Hz脑电波成分在α波中所占R呈微弱的下降趋势;9和10Hz的R呈微弱的上升趋势;12和13Hz的R变化甚小,基本保持稳定.青少年α波的优势成分不随年龄变化而变化,13～18岁的主导成分均为10Hz的α波.ˉf的年龄变化也不明显,基本保持在10Hz左右,但女生的高于男生.与我们前期研究结果相比,13岁以后个体脑电α波中的各种频率成分的变化都趋于稳定,10Hz成分在α波中占绝对的优势.对比国内的早期研究,6～12岁阶段儿童α波的ˉf的发展明显超前于20世纪60年代被试.本研究中13～14岁被试α波的ˉf也均高于20世纪60年代同龄被试.这说明,虽然环境的变化,例如经济的发展、生活水平的提高、早期教育的重视,使个体在某些年龄段(15岁之前)大脑的发育指标出现了超前的趋势.但是,我们在强调环境因素对大脑发育的作用的同时,也不能忽略遗传的作用.本研究中,15～18岁青少年的ˉf低于20世纪60年代同龄被试,正说明了环境只能在一定时间和范围内对大脑的发育起作用,而大脑的发育和成熟最终还将遵循遗传本身的规律.2)α波活动的脑区分布特点:大脑活动的协调性是脑功能研究的一个重要指标.为此,我们比较了α波频率成分和ˉf在各个脑区的活动特点.研究发现,不同频率α波表现出不同的左右不对称性,其中9和11Hz表现出左右对称脑区良好的相干性;8Hz的α波除枕叶和额叶外,其他脑区的左右相干性很好;10Hz的α波在顶叶、枕叶和前颞叶区域表现出明显的右脑优势;12和13Hz的α波则在全脑范围内均呈现明显的左脑优势.对比前期研究,可以发现,6～12岁儿童α波频率成分在左右脑呈对称分布,13岁以后,个体α波频率成分在左右对称脑区的相干性降低,且主要表现在高频成分(12和13Hz)上.13～18岁的不同频率α波的在各脑区的分布均存在显著差异,并表现出各自的规律性.其中,α波低频成分(8和9Hz)的分布R前部脑区大于后部脑区,中频α波的分布(10和11Hz)则为后脑大于前脑,高频成分(12和13Hz)在中部脑区的R大于前脑和后脑.Gratton等对成年被试α波在颞叶、枕叶和顶叶3个脑区的空间分布进行的研究发现,在闭目状态下颞叶的f最低,为9.51Hz;枕叶的f居中,为9.88Hz;顶叶的f最高,为10.41Hz.本研究则发现,与成年被试不同,13～18岁青少年α波的ˉf的分布特点为从额叶到枕叶逐渐增大,从高到低依次为枕叶、中央区、后颞叶、顶叶、前颞叶、额叶.这与我们在前期研究中得到的“6～12岁儿童α波的ˉf从高到低依次为枕叶、中央区、顶叶、左前颞叶、后颞叶、额叶、右前颞叶”比较一致,说明6～18岁儿童和青少年α波ˉf的分布符合“额低枕高”的规律.α波ˉf表现出明显的左脑优势,这主要是由于高频成分(12和13Hz)在左脑的分布