第六章-睡眠与生理节律

History of EEG

Dr. Hans Berger

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
EEG的本质
未知部分
动作电位、兴奋性突触 后电位、抑制性突触后 电位等电位活动的总和 (Eccles, 张香桐, Jung 等)


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
Dr. Hans Berger
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

人类对睡眠的认识

睡眠/觉醒周期与昼夜节律Ⅰ
约日节律/昼夜节律(circadian rhythm) 与24小时自然昼夜交替大致同步 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)
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
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
睡眠与觉醒
睡眠－觉醒周期是一种昼夜节律 人的睡眠可按EEG特征分期 睡眠过程呈现慢波睡眠和快速眼动睡眠的 周期性交替 睡眠的生物学意义 睡眠－觉醒节律的机制-中枢的主动活动

概述

睡眠与觉醒：两种不同的功能状态



觉醒状态：与环境有主动感觉运动联系，产生复杂适 应行为 睡眠状态：联系减弱或消失，伴有躯体和植物性功能 变化 睡眠与觉醒是以自然昼夜为周期的生理活动 研究方法:EEG,EOG（眼电图）.EMG（肌电图） 两种睡眠时相,特别是快动眼睡眠的发现

病理波形
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

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

睡眠的脑电图特征与分期Ⅰ


睡眠深度 唤醒阈：刚能中断睡眠的临界刺激强度 EEG最特异 睡眠的EEG分期： 发现REM睡眠分期之前:Loomis按睡眠EEG特征将睡 眠分A、B、C、D、E 5期：A期，觉醒期；B期，入 睡期；C、D、E期分别为浅睡，中等度睡眠和深睡 眠期
睡眠的脑电图特征与分期II
期间唤醒，0%-51%做梦。上述现象可能 与梦境有关 觉醒状态只能进入SWS；SWS或REM均可 直接觉醒，但REM自动觉醒可能性更大 (似乎是最浅的睡眠)；但REM期环境刺 激唤醒阈显著提高(此角度又是最深的 睡眠)。哪一种睡眠更深?
慢波睡眠和快速眼动睡眠-IV

快速眼动睡眠期位相性运动由脑区神经元 活动触发
慢波睡眠和快速眼动睡眠-IIIa
快速眼动睡眠：去同步化脑电 其它特征：控制眼运动、听小骨位移和呼吸 的肌肉保持张力。眼球快速 扫视，叠加在 缓慢眼动的背景上；并呈现位相性中耳肌活 动、呼吸急促而不规则、血压、心率、四 肢肌肉抽动等。

慢波睡眠和快速眼动睡眠-IIIb
REM期间唤醒，74%-95%正在做梦；SWS
睡眠/觉醒与昼夜节律Ⅱ

睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定

曾经的推测-由昼夜节律决定的被动反应 如今的认识
与外界环境‘隔离’(隔绝昼夜,温度,真实的时间 变化)的受试者: 睡眠觉醒周期依然存在,但延长至25小时而非24小 时 与体温变化的相应关系出现分离


睡眠/觉醒与昼夜节律Ⅱ

睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定

睡眠的EEG分期：
发现REM睡眠后:睡眠的EEG分为1、2、3、4阶段，成为公认的分 期： 阶段1（入睡期）：波明显减少，出现低幅快波，8-12Hz 阶段2（浅睡期）：出现睡眠梭形波(变异的波，13 – 15 Hz， 20 – 40 V，0.5 – 1 s)，伴有少量波、波，也可有K-复 合波 阶段3（中睡期）：在波、波为背景的基础上，有睡眠梭形 波，4-7Hz 阶段4（深睡期）： 高幅慢波，波超过50％，1.5~2Hz，高 振幅
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脑地形图
功率谱分析
Before we start…
睡眠的大部分时间都被浅睡或梦境占据 通常在整个夜晚，只有不足30分钟是真正 的深睡眠 事实上，我们在所谓清醒的日间也很少有 真正清醒、没有做白日梦或注意力分散的 时候

因此:

我们有必要了解下述两类过程

睡眠和觉醒 梦与非梦
What we will learn


潜伏期: 反映传导功能 幅度: 参与放电的神经元 成分缺失: 严重损伤的存在

进一步还需研究EP活动的来源
ERP的多通道记录
ERP长于说明事件在脑 内发生的时刻，却无法 有效地说明他们发生的 位置
Summary
EP/ERP可以反映视网膜、视觉通路、内耳、听神经、脑 干、外周神经、脊髓后索、感觉皮质以及上下运动神经元 的各种病变，事件相关诱发电位则用以判断患者的注意力 和反应能力。 诱发电位具有高度敏感性，对感觉障碍可进行客观评诂， 对病变能进行定量判断。对心理精神领域可进行一定的检 测，故当前广泛应用于对神经系统病变的早期诊断，病情 随访，疗效判断，予后估计，神经系统发育情况的评估以 及协助判断昏迷性质和脑死亡等。但图形无特异性，必须 结合临床资料进行判断；不在有关神经传导径路中的病变， 不能发现异常。
第六章 睡眠与生理节律
脑电图 睡眠与觉醒

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Байду номын сангаас不足10年时 间，可以用于有效的工作
睡 眠 各 期 的 脑 波
睡眠的脑电图特征与分期III

整夜中睡眠EEG各阶段的持续时间及其转化规律

睡眠开始后，EEG变化为阶段1234，即随着睡眠 加深，EEG频率、振幅、波，约需30 – 45 min ， 然后返回，4321，此时的阶段1是首次开始出现 的快速眼动睡眠(REM)，该时相持续10 – 20 min，再 顺序进入阶段4。一夜中循环4 – 5次。越近早晨，最 大睡眠深度，不能到阶段4。 入睡时的阶段1及全部2，3，4均为慢波睡眠 除入睡的阶段1外，其余的阶段1均为快速眼动睡眠

睡眠周期
慢波睡眠和快速眼动睡眠-I

慢波睡眠（SWS）：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 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、 波所占比例逐渐增多为特征。阶段3， 4合称为睡眠 功能特征：循环、呼吸、交感神经等系统活动随睡眠 加深而降低，且相当稳定；肌张力明显下降但保持一 定肌紧张，平均20min调整睡眠姿势一次

短潜伏期体感诱发电位(SLSEP)
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
睡眠的生物学意义-Ia

不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不 同 SWS存在于所有哺乳类、鸟类和部分爬行 动物，两栖类和鱼类无；REM首先出现在 鸟类，仅见于孵化后很短时间，占总睡眠 时间1%；成年哺乳动物则占20~30%
睡眠的生物学意义-Ib

不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不 同 睡眠时间：婴儿期16h以上，青春期8h， 老年期更短；SWS-REM周期：新生儿45min， 成年人90min；睡眠E期随年龄增长指数递 减，60岁后几乎消失；REM睡眠婴儿占50%， 2岁占30~35%，10岁后25%
已知部分
大群神经元的同步放电
EEG的本质
EEG的记录
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
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。
脑电图 脑的状态：睡眠与觉醒

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
慢波睡眠和快速眼动睡眠-IIa

快速眼动睡眠(REM)：去同步化脑电

除入睡后第一次出现的阶段1外，再出现的阶 段1均为REM

脑电特征：脑电回到阶段1，行为睡眠继 续，脑电则去同步化类似觉醒，称为快波 睡眠或去同步化睡眠
慢波睡眠和快速眼动睡眠-IIb

快速眼动睡眠(REM)：去同步化脑电 功能特征：此期颈后肌、四肢抗重力肌几 乎消失，交感活动广泛抑制，心率、心输 出量，血压，下丘脑体温调节功能 或丧失，内稳态低下是此阶段的显著特征； 似乎睡眠进一步加深，但与脑电变化不一 致，故也称异相睡眠

－睡眠觉醒周期的节律是独立于外界,并与其 他生理节律无依从关系的内部节律 －脑内内在的节律-生物钟,在正常情况下接受 自然界的明暗变化信息,并将内在节律与自然 界昼夜节律同步起来

生物钟
下丘脑的视交叉上核 神经节细胞中的黑视素光感受器：对光线 敏感 季节节律的调节：视交叉上核、松果腺和 褪黑素
从脑干可记录到位相性电发放，脑桥背部面神经核、 前庭神经核、三叉神经核动眼神经核、外侧膝状体 视、听皮层，称为桥－膝－枕波(PGO)。REM睡眠期 间眼动首次诱发与PGO峰对应
慢波睡眠和快速眼动睡眠-IV

两种睡眠状态的周期性交替:
一夜中慢波睡眠与REM睡眠周期性交替4-6次,每一周 期约90-120min 两次REM睡眠间的时间间隔渐短,但每次的REM睡眠持续 时间渐增加 青年人,REM睡眠占总睡眠的20-25% 慢波睡眠的较深时期(阶段3、4)主要在睡眠的前半段, 较浅的睡眠时期和REM睡眠主要在睡眠时间的后半,故清晨 人易醒来.
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