（理論物理專業(yè)論文）腦電磁場及腦內(nèi)源定位研究.pdf

附：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo) 下，獨立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容 外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研 成果。對本文的研究在做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中 以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律責(zé)任由本人承 擔(dān)。 論文作者簽名：童l 睦 日期： 2 q 12 生苧旦 拗：羋鋤虢數(shù)期：學(xué) 摘要 腦功能的研究是生命科學(xué)研究中的前沿領(lǐng)域之一，其中腦電源的探測在臨 床、康復(fù)、認(rèn)知研究中占有重要地位由于腦電信號可以通過無創(chuàng)檢測得到t 因此對腦電信號的研究就成為腦研究的熱點之一根據(jù)頭皮記錄到的多道腦電 信號反演人腦內(nèi)部電活動源的信息，即腦電逆問題的研究是涉及到計算電磁場 理論，生物醫(yī)學(xué)工程及信息科學(xué)等跨學(xué)科的交叉性課題，正越來越多地受到國 際學(xué)術(shù)界的重視，其研究成果將在探索人的感覺、認(rèn)知過程及神經(jīng)疾病診斷等 方面具有重要作用。 本論文是在研究了腦電正問題的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行了介質(zhì)球模型中z 極子 電位的解析解的研究。本文的主要工作包括如下內(nèi)容： 1 介紹腦電場的研究意義、方法及應(yīng)用前景，腦電的發(fā)生機(jī)理，腦電問題 中的基本電磁學(xué)理論及物理模型，腦內(nèi)源定位問題的研究進(jìn)展及臨床應(yīng)用。 2 在均勻?qū)щ娗蝾^模型中任意2 極子電位的一般性解析解的基礎(chǔ)上，建立 介質(zhì)球的頭模型，研究z 極子電位的解析解。 3 研究了新型等效源法，將該方法中的球形等效源法用于計算腦電場的電 位分布。視激勵源為偶極子，考慮介質(zhì)球頭模型的電容效應(yīng)，給出真實電源在 非均勻各向同性四層同心介質(zhì)球殼模型中的電位。利用等效分布源理論推導(dǎo)出 無界空間中任意偶極子源的球形等效源的正演理論公式。為高分辨腦電地形圖 技術(shù)中的重構(gòu)皮層電位提供了一種方法。 關(guān)鍵詞：腦電正闖題，腦電逆問題，源定位，介質(zhì)球，解析解，新型等效源 法，正演理論 2 a b s t r a c t r e s e a r c ho nb r a i nf i l n c t i o ni sa m o n gt h em o s ti n t e r e s t i n gp r o b l e m si n a l ll i f e s c i e n c es u t 日e c t s t h ed e t e c t i o no fe l e c t r i c a ls o u r c ei nb r a i np o i s s e s st h ei m p o r t a n t s t a t i o ni nt h er e s e a r c ho ft h ec l i n i c , h e a l i n ga n dc o g n i t i o n d u et od e r i v i n gt h ee e g d a t ab u th a v i n gn oh u r tt oh u m a n ，r e s e a r c h0 ne l e c t t i ca c t i v i t yi nb r a i ni st h ef o c u s a c c o r d i n gt om u l t i c h a n n e l se e gf r o mm g i s t e ro ns c a l p t h ei n f o r m a t i o no ft h e e l e c t r i ca c t i v i t ys o u r c ei nb r a i ni so b t a i n e 正t h a ti ss o - c a l l e di n v e r s ep r o b l e mo fe e g t h cr e s e a r c ho ft h i s p r o b l e m i s i n v o l v i n gt h es u b i e c t s s u c ha sc a l c u l a t i o n e l e c t r o m a g n e t i cf i e l dt h e o r y , l i v i n gt h i n g sm e d i c a ls c i e n c ec n g i n e e r i n g a n d i n f o r m a t i c sc t c a n dm o r ea n dm o r ea t t a c h i n gi m p o r t a n c et ot h ei n t e r n a t i o n a l a c a d e m i c s 1 1 l cr e s e a r c hw i l lp o s s e s st h ei m p o r t a n te f f e c ta tt h ea s p e c tt h a te x p l o r e s t h ef e c l i n go fm a l l 。c o g n i t i o nc o u r s ea n du e r v cd i s e a s ed i a g n o s i se t c b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h ef o r w a r dp r o b l e mo fe e gt h ep a p e rd e d u c e st h e c l o s o l u t i o no fe l e c t r i cp o t e n t i a lp r o d u c e db v2 _ t h o r d e rm u l t i p o l ei nad i e l e c t r i c s p h e r e n er e s e a r c hw o r ki sf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t s ： ( 1 ) n cp a p e ri n t r o d u c e st h er e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ，m e t h o da n da p p l i c a t i o n d i r e c t i o no fe l e c t r i cf i e l di nb r a i n ，p r o d u c em e c h a n i s mo fe l e c t r i ca c t i v i t yi nb r a i n ， b a s i ce l e c t r o m a g n e t i c st h e o r ya n dp h y s i c a lm o d e li ne e gt h er e s e a r c hp r o g r e s s e so f t h el o c a l i z a t i o no ft h es o u r c ei n s i d et h eb r a i na n dc l i n i ca p p l i c a t i o n ( b a s e do nt h ec l o s es o l u t i o no fe l e c t r i cp o t e n t i a lp r o d u c e db yzt h - o r d e r m u l t i p o l ei nau n i f o r m i t ys p h e r e ，f o u n dt h eb r a i nm o d e lo fd i e l e c t r i cs p h e r ea n d d e d u c et h ec l o s es o l u t i o no fe l e c t r i cp o t e n t i a lp r o d u c e db yzt h - o r d e rm u l t i p o l e ( 3 ) t h ep a d e ri n t r o d u c e sn e we q u i v a l e n ts o u r c em e t h o d s p h e r i ce q u i v a l e n t s o u r c eo ft h i sm e t h o di sa p p l i e dt oc a l c u l a t ep o t e n t i a lo fb r a i ne l e c t r i cf i e l d u n d e rt h e d i p o l er e g a r d e da ss t i m u l a t e ds o u r c e ，u s e st h ee q u i v a l e n td i s t r i b u t i o ns o u r c et h e o r yt o d e d u c et h ef o r w a r dt h e o r yo fs p h e r i ce q u i v a l e n ts o u r c eo fr a n d o md i p o l ei nl i m i t l e s s s p a c e 耵蟛n e we q u i v a l e n ts o u r c em e t h o di san e wm e t h o df o rr e c o n s t r u c t i n gt h e c o r t e xp o t e n t i a li nh i g h - r e s o l u t i o ne e gm a p p i n g s k e yw o r d s ：f o r w a r dp r o b l e mo fe e g ；i n v e r s ep r o b l e mo fe e g ；l o c a l i z a t i o no ft h e s o u r c ei n s i d et h eb r a i n ；d i e l e c t r i cs p h e r e ；c l o s es o l u t i o n ；n e we q u i v a l e n ts o u r c e m e t h o d ；f o r w a r dt h e o r y 3 第一章腦電磁特性研究的基本狀況 生物電磁學(xué)是研究生物體電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用的- - n 學(xué)科，是計算電磁學(xué)， 生物醫(yī)學(xué)工程及信息科學(xué)等交叉性的學(xué)科，正越來越多地受到國際學(xué)術(shù)界的重 視。其中對腦電信號，特別是對腦電逆問題，即根據(jù)頭皮觀測電位實現(xiàn)對人腦 內(nèi)部電活動源信息的反演研究，更是引起了人們的廣泛興趣。 1 1 腦電場的研究意義、方法及應(yīng)用前景 在人類探索自然界奧秘的過程中，面臨的最大挑戰(zhàn)大概就是對自身大腦的 認(rèn)識，這不僅包括對腦的病理性疾病( 腦梗塞、腦腫瘤等) 的認(rèn)識，更重要的 是對腦的功能性疾病( 失語、弱智等) ，甚至腦的高級功能( 記憶、理解等) 的 認(rèn)識。其中最困難的是按照怎樣的一個理論框架才能逐步研究出腦的功能狀 態(tài)，或者說從腦( 神經(jīng)) 的工作原理中分析腦活動，最終揭示思維的奧秘。腦 功能的研究之所以困難，不僅是由于腦的發(fā)展歷程極其漫長，腦結(jié)構(gòu)極其復(fù) 雜，需要諸多學(xué)科的交叉研究，還有一個原因就是窺測活體腦的工作過程極其 困難。從解剖上看，腦被頭骨封閉于其中：從生理上講，血腦屏障阻止了從各種 渠道影響腦工作因素的進(jìn)入。因此腦活動的觀測多從行為實驗出發(fā)，以及利用 動物模型。但大腦也留下了幾個較少的觀測活體的窗口，如常用的腦電圖 ( e e g ) 、腦磁圖( m e g ) 及眼動電圖等。如何在現(xiàn)代科技手段的幫助下，充 分利用這幾個信息窗口進(jìn)行腦科學(xué)的研究就顯得極為重要。尤其是利用腦電信 號結(jié)合顱內(nèi)電活動計算的腦電源求解與功能分析在上個世紀(jì)末更是引起了國內(nèi) 外學(xué)者的廣泛關(guān)注。 目前，在研究腦工作原理的方法中，應(yīng)用比較廣泛的有借助于醫(yī)學(xué)影象設(shè) 備的功能成像技術(shù)( w w o r r i s o nj r ，e ta 1 1 9 9 5 ) ，如正電子發(fā)射斷層掃描術(shù) ( p e t ) 、單光子發(fā)射層析術(shù)( s p e c t ) 、功能性磁共振成像術(shù)( f m r i ) ，其優(yōu)點 是它們均實現(xiàn)了較高的空間分辨率另外，一些新的成像理論和技術(shù)也在不斷涌 現(xiàn)，如組織光特性成像( m b a r i n a g a ，1 9 9 7 ) 。這些都在為探索人類的認(rèn)識和思維 活動方面作出著自己的貢獻(xiàn)。盡管如此，e e g m e g 在腦科學(xué)研究和臨床應(yīng)用 方面仍有著不可替代的作用。首先，p e t 、s p e c w 、f m r i 等被動型成像手段， 主要提供的是大腦理化功能方面的信息，無法提供電生理功能的信息，而這卻 4 是e e g m e g 的優(yōu)勢所在。e e g m e g 是由腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞群的電生理活動所產(chǎn) 生的電勢與磁場，經(jīng)容積導(dǎo)體( v o l u m ec o n d u c t o r ) ( 由皮層、顱骨、腦膜及頭 皮等組織構(gòu)成) 傳導(dǎo)后，在頭皮表面的綜合表現(xiàn)( e ，r k a n d c l ，e ta 1 1 9 9 1 ； l g f j o h ，1 9 8 1 ) 它反映了大腦的電活動及其功能狀態(tài)。通過對e e g m e g 數(shù)據(jù)的 反演研究，可以定量地提供腦內(nèi)神經(jīng)活動源的位置、強(qiáng)度及分布情況。其次， 與對人體有侵襲性的其它技術(shù)不同( p e t , s p e c t 進(jìn)入人體的示蹤劑產(chǎn)生的放射 線，f m r i 的強(qiáng)磁場均對人體有一定的損害) ，e e g m e g 完全是檢測生物體的 自發(fā)( 或誘發(fā)) 信息，所以是一種真正的無創(chuàng)傷性的成像技術(shù)，具有廣泛的應(yīng) 用對象( 如孕婦、兒童) ，并且可以進(jìn)行長期監(jiān)測，為研究人員在人體正?；顒?的情況下，提供了一扇窺視大腦的窗戶。另外，腦電磁技術(shù)對大腦神經(jīng)元活動 的動態(tài)過程可以追蹤到毫秒級，因為神經(jīng)元本身在受到刺激1 0 m s 內(nèi)即可產(chǎn)生 反應(yīng)，而電磁信號的產(chǎn)生與神經(jīng)的活動是同步的，所以e e g m e g 完全能夠反 映大腦神經(jīng)隨時間變化而改變的活動情況，從而實現(xiàn)對腦神經(jīng)活動的實時檢 測。但p e t 由于受成像速度的限制( 每次成像時間需1 分鐘) ，其時間分辨率 很低，而f m r i 在掃描數(shù)秒鐘后才能監(jiān)測到血流改變的情況( 當(dāng)神經(jīng)產(chǎn)生動作 時，供血量的變化在生理上會延遲幾秒鐘) ，因此用它們來觀測毫秒間的神經(jīng)活 動不可能及時得到時問方面的信息。再者，p e t , f m r i 的成本過于昂貴( p e t 設(shè)備復(fù)雜，需配備小型加速器，并且現(xiàn)有示蹤劑種類有限：f m r i 設(shè)備要以每1 t 花費1 0 0 萬美元的代價研制) 。而m e g 的測量設(shè)備也十分昂貴，這主要是因為 腦磁信號極其微弱，磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 0 4 2 1 0 4 5 t 的范圍內(nèi)，僅為地磁場和環(huán)境 磁噪聲的十億分之一。所以對這些技術(shù)的應(yīng)用普及受到了一定的限制。但是記 錄和分析e e g 所需的硬件設(shè)備就比較簡單，價格低廉，更適合我國的國情。因 此，我們選擇對腦電信號進(jìn)行研究。目前，在腦科學(xué)的研究中呈現(xiàn)出多種檢測 技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展趨勢，如e e g 與m e g 的結(jié)合、e e g m e g 與f m r i 的結(jié)合， 各種技術(shù)取長補(bǔ)短，從而為腦功能的研究提供更多的信息。 腦電是生物電的一種。嚴(yán)格地講，e e g 能夠在多種不同的水平上被檢測出 來，從直接在腦內(nèi)神經(jīng)元及突觸上( 用微電極) ，到大腦皮層( 用硬腦膜下電 極) ，到僅在頭骨( 用硬腦膜上電極) ，到皮膚表面( 用頭皮電極) 。頭皮e e g 又包括自發(fā)腦電( s p o n t a n e o u se e g ) 和誘發(fā)腦電( e v o k e dp o t e n t i a l ，e p ) 兩種。 5 自發(fā)e e g 是指在沒有特定外界刺激時，神經(jīng)系統(tǒng)本身自發(fā)產(chǎn)生的電位變化。 e p 是指人為地對感覺器官施加光、聲、電以及觸壓等不同刺激后所引起的腦電 位變化，又可分為視覺誘發(fā)電位( v e p ) ，聽覺誘發(fā)電位( a e p ) 及體感誘發(fā) 電位( s e p ) 等。另外，還有一種特殊的e p , 即由各種不同的心理因素( 如期 待、準(zhǔn)備、注意等) 所引起的事件相關(guān)電位( e r p ) 。 正是腦神經(jīng)活動時伴隨著電流，使我們有可能“閱讀”腦的功能狀態(tài)( 生 理、病理、心理、感知、認(rèn)知等) ，只是至今還未能把記錄到的e e g 中所攜帶 的豐富信息全部翻譯出來，因此如何從腦電信號中提取我們所關(guān)心的有用信 息，就成為e e g 領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。 從上世紀(jì)二十年代末h a n sb e r g e r 首次發(fā)現(xiàn)人腦電圖以來，人們就希望通過 腦電來了解腦的活動情況，但一直沒有大的突破。直到六十年代隨著計算機(jī)的 發(fā)展，信息處理方法及計算電磁學(xué)等的應(yīng)用，才給腦電的研究帶來了新的活 力。尤其是八十年代中后期以來，通過眾多學(xué)科的學(xué)者的不斷探索，對髓g 的 研究方法與手段才不斷明確與完善起來，概括地說對腦電現(xiàn)象的研究大致有以 下一些方面。 一是將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用于腦電信號，通過對e e g 的分析與變換，尋 找和提取與腦的特定生理或心理狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)，以達(dá)到認(rèn)識腦的功能狀態(tài)的 目的。在此，自發(fā)腦電信號被認(rèn)為是非平穩(wěn)隨機(jī)信號，對它的處理包括瞬態(tài)的 檢測與提取，準(zhǔn)平穩(wěn)分段，特征提取，模式識別與分類以及假設(shè)檢驗等。與自 發(fā)e e g 相比，e p 信號更具特異性，更便于研究大腦特定的信息處理過程。但 誘發(fā)電位的幅度一般為幾到十幾pv ，而自發(fā)腦電卻可達(dá)幾十到一百多p v ，因 此如何從強(qiáng)背景噪聲中提取有用的e p 分量是首先要面臨的問題，其關(guān)鍵在于 提高信噪比。傳統(tǒng)的辦法是通過多次重復(fù)刺激的疊加平均法，但由于此類方法 需要做一系列假設(shè)，所以e p 的單次提取或稱動態(tài)提取就成為近年來一個引人 注目的課題，幾乎信號處理中的每一新方法出現(xiàn)后，都會被立即用于這一課題 的研究，如各種最優(yōu)濾波法，參數(shù)模型法，小波分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，子空間正則 解，獨立分量分析以及奇異性檢測等。值得注意的是，這些方法幾乎還很少能 作到真j 下意義上的單次提取，只是實現(xiàn)了e p 的少次提取。在e p 提取出來之 后，就可以利用它來研究大腦特定的生理、心理狀態(tài)了( 王云華，1 9 9 2 ) 。但是在 6 臨床診斷中雖然e e g 技術(shù)的應(yīng)用己有幾十年的歷史，可到目前為止，分析 e e g 數(shù)據(jù)的主要工具還是入，自動分析器的應(yīng)用還很有限。 隨著八十年代中期以來非線性動力學(xué)理論的發(fā)展，為人們從系統(tǒng)的角度解 釋腦功能開辟了新的途徑。e e g 被認(rèn)為有可能是具有確定性的混沌信號，而非 無序的隨機(jī)信號。人們嘗試用非線性動力學(xué)的指標(biāo)來表征腦電的動態(tài)特性，從 而提供一種了解生物體內(nèi)部是如何處理信息的模型。在研究初期，腦電被認(rèn)為 是低維混沌，其相關(guān)維數(shù)幾是有限的分?jǐn)?shù)，最大的李雅普諾夫( l y a p u n o v ) 指 數(shù)a 為正。最近的研究表明腦神經(jīng)活動的不同狀態(tài)可以用不同的混沌參數(shù)來鑒 別。隨著研究的深入，導(dǎo)致了腦電是否源于低維混沌系統(tǒng)的反思，如何正確估 算可能是源于高維系統(tǒng)的腦電的混沌學(xué)參數(shù)，尤其是相關(guān)維數(shù)d ，是近年來的 研究熱點。 傳統(tǒng)上，對e e g 及e p 的分析多集中在時域或頻域上進(jìn)行，如何提取腦電 空間特征中的信息以進(jìn)行腦的研究是近二十年發(fā)展起來的一個重要方向。對腦 電進(jìn)行空間分析的最早也是最簡單的形式是腦電地形圖，包括功率地形圖、e p 地形圖、顯著性概率地形圖，它們是一種集中表達(dá)大腦電生理信息的圖形技 術(shù)，主要突出了空問分布信息，但其所反映的內(nèi)容是有限的并且比較粗糙，因 此臨床中腦電地形圖是與e e g 共同使用的。空問分析的另外一些形式有電流源 密度法，多道e e g 的相互關(guān)系以及腦電空間波的產(chǎn)生與傳播的數(shù)理模型等。 在e e g 的研究領(lǐng)域中還有一個基本而且重要的方向就是對腦電場正、逆問 題的研究( 王云華，1 9 9 2 ；李穎，2 0 0 0 ；饒利蕓，1 9 9 8 ) 所謂正問題是指在給出頭顱內(nèi)的 腦電源分布特性和與神經(jīng)興奮傳導(dǎo)有關(guān)的容積導(dǎo)體特性的基礎(chǔ)上，求頭表電 位。而逆問題則是根據(jù)測量到的頭皮表面電位信號的空間分布，來推算大腦中 產(chǎn)生這些電活動的源的信息。從系統(tǒng)的觀點看，可以將腦內(nèi)n 個電興奮源 p 一( 弓，昱，) 與m 個頭皮電信號礦- 似，圪) 1 的關(guān)系簡化為一傳遞系 統(tǒng)。對腦電正問題的研究，就是由給定的源及反映顱腦系統(tǒng)固有特性的傳遞函 數(shù)g 的情況下，求解頭皮表面電位的分布。若m 個測點處的噪聲為 一( ，廳2 ，) 2 ，則t 時刻的腦電場方程為： v ( t ) 一g ( f ) p ( f ) + ( f ) 7 而腦電逆問題的研究，是由測量到的電位分布及傳遞函數(shù)的逆，反演腦內(nèi)神經(jīng) 源的電活動的分布及其特性。顯然，比正問題更具現(xiàn)實意義的是對逆問題的求 解，即怎樣從大腦的外部特性來剖析其內(nèi)部特征。 目前e e g 在確定癲癇、腦萎縮、腦血管病、昏迷、睡眠障礙、顱內(nèi)占位性 病變等方面的臨床應(yīng)用價值是不可取代的，并且還可用于審核精神藥物的作用 位置，新生兒神經(jīng)功能評價等。另外，根據(jù)對不同刺激的腦電響應(yīng)可以確定腦 功能分區(qū)的位置甚至范圍，進(jìn)而用于探索腦的高級活動規(guī)律，如思維、意識、 感知，聯(lián)想、記憶等心理學(xué)和認(rèn)知行為方面的研究。在中醫(yī)治療功效，例如針 灸機(jī)理的研究上也將發(fā)揮一定的作用。正是由于e e g 技術(shù)潛在的理論及臨床價 值，國際上多種科學(xué)研究基金均對其予以大力資助。 1 2 腦電的發(fā)生機(jī)理 在頭皮表面記錄到的e e g 是無數(shù)腦內(nèi)神經(jīng)元( 神經(jīng)細(xì)胞) 和突觸的活動所產(chǎn) 生的電場的總體反映，腦電信號的起源就是由神經(jīng)系統(tǒng)的電活動引起的，而神 經(jīng)的電活動又取決于細(xì)胞膜的電特性。隨著微電極記錄單個神經(jīng)元電活動技術(shù) 的發(fā)展，形成了腦電的神經(jīng)電生理學(xué)基礎(chǔ)的研究( 陳宜張，1 9 8 3 ) 。對腦電現(xiàn)象的 研究就是建立在此基礎(chǔ)之上，并側(cè)重于從宏觀角度來分析生物電現(xiàn)象的。 1 2 1 神經(jīng)元和突觸 神經(jīng)元是人腦的基本組成單位。人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，人腦大約含有 1 0 ”一1 0 1 1 個神經(jīng)細(xì)胞，分成約1 0 0 0 種類型。雖然各種神經(jīng)元的形狀、大小、 機(jī)能不盡相同，但卻有其相似之處。典型的神經(jīng)元由細(xì)胞體及它發(fā)出的多個樹 突和一條軸突( 神經(jīng)纖維) 組成。大多數(shù)的軸突外面包裹著髓鞘，稱為有髓纖 維，否則稱為無髓纖維。髓鞘是實現(xiàn)快速傳導(dǎo)的基礎(chǔ)，它并不是在整條軸突上 連續(xù)的，而是被間隔1 - 3 r a m 的郎飛氏結(jié)( r a n v i c r ) 所問斷。軸突終末細(xì)分成幾 個小枝，其尖端往往膨大成結(jié)節(jié)狀的突觸小體( k n o b ) ，并與其它神經(jīng)元或效應(yīng) 器的細(xì)胞接觸，形成突觸( s y n a p s e ) 。通常一個神經(jīng)元被幾千個突觸所覆蓋。興 奮或沖動( i m p u l s e ) 從一個神經(jīng)元向另一個神經(jīng)元傳遞時必須通過突觸。 當(dāng)神經(jīng)元活動時，有微弱的電流在神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生。神經(jīng)元不同部位的電 活動特點并不完全相同，總的來說一個神經(jīng)元可產(chǎn)生四種信號：輸入，整合、 傳導(dǎo)和輸出信號大多數(shù)情況下，樹突接受傳入信息，傳向細(xì)胞體，軸突把信 號輸出到另一個細(xì)胞。如圖1 所示( 吳清，2 0 0 1 ) 。 1 2 2 膜電位與離子學(xué)說 圖1 + 神經(jīng)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)示意 輸入信號 移合信號 傳導(dǎo)信號 羧出信號 神經(jīng)元的電活動是由細(xì)胞膜的電特性決定的( 陳宜張，1 9 8 3 ) 。安靜狀態(tài)下的 活體細(xì)胞膜處于電極化狀態(tài)，即膜的兩側(cè)存在著一個內(nèi)負(fù)外正約一7 0 m v 的電位 差，稱為靜息電位( r e s t i n gp o t e n t i a l ) ，其功能主要是為產(chǎn)生動作電位( a c t i o n p o t e n t i a l ) 作準(zhǔn)備。當(dāng)神經(jīng)元受到刺激時，膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差被降低并同時提 高了膜的興奮性，當(dāng)興奮性提高到一定程度就會產(chǎn)生神經(jīng)沖動或興奮( i m p u l s e ) ，它伴隨著一個峰形的動作電位，此時膜兩側(cè)的電位發(fā)生一過性倒轉(zhuǎn)，內(nèi)正外 負(fù)。即膜內(nèi)原來存在的負(fù)電位迅速瓦解，在短時間內(nèi)變到約+ 4 0 m v 的水平，構(gòu) 成動作電位的上升相( 去極化) ，但很快又恢復(fù)到靜息狀態(tài)的水平，構(gòu)成下降 相( 復(fù)極化) 。在圖形上形成一個短促的尖脈沖，只持續(xù)l m s 左右。 在解釋生物電產(chǎn)生機(jī)制的理論方面，普遍認(rèn)同的是在b e m s t e i n 的膜學(xué)說基 礎(chǔ)上，f l q h o d g k i n 學(xué)派發(fā)展起來的離子學(xué)說( i o n i ct h e o r y ) 。這種理論是以細(xì)胞 膜內(nèi)、外離子分布不均勻和膜具有不同的選擇通透性為基礎(chǔ)的。它認(rèn)為：膜電 位值是由離子的運動所決定的，在不同的生理狀態(tài)下，透過膜的各種離子數(shù)量 9 不同，因而呈現(xiàn)不同的膜電位。在生物組織內(nèi)的眾多離子中，與膜電位關(guān)系較 大的有鉀、鈉、氯三種離子。膜內(nèi)、外離子濃度分布的不均勻性是由鈉一鉀泵 維持的。 為了計算靜息膜電位，1 9 4 9 年h o d g k i n 和k a t z 利用g o l d m a n l 9 4 3 年提出的定 場學(xué)說，根據(jù)幾個簡單的假設(shè)( 即假定膜兩側(cè)的電位差保持恒定不變，則各種 離子通過膜的流動是受其彌散速度與電場的影響) ，推導(dǎo)出以下方程： 既- 等h 笨讎 式中邑為膜電位；r 是氣體常數(shù)；t 為絕對溫度；f 為法拉第常數(shù)；& 、f k 分 別是k + 、4 + 的通透系數(shù)( p e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n t ) ( 可理解為離子的電 導(dǎo)) ；k + 1 、k + 1 分別為膜內(nèi)、外k + 濃度；符號“”表示其它的離子也 l,it l j o 用同樣的表達(dá)方式。產(chǎn)生膜電位的關(guān)鍵是由于離子的透膜運動造成的平衡電 位，從電化學(xué)位能的角度加以解釋就是：膜兩側(cè)某一離子的濃度能量差與電位 能量差之和為零。 當(dāng)細(xì)胞未處于興奮狀態(tài)時口氣，結(jié)果k + 的濃度膜內(nèi)高于膜外，脅+ 的 濃度膜外高于膜內(nèi)，此時g o l d m a n 方程就轉(zhuǎn)化成n e m s t 公式，即膜電位主要由 k + 的濃度梯度所支配，其結(jié)果是形成一個負(fù)的靜息電位。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞受到一足 夠強(qiáng)的刺激時，即去極化過程達(dá)到一閾值( 通常約高于靜息電位1 5 m v ) ，對電 壓敏感的脅+ 通道開放，使f 乙口足，引起神經(jīng)興奮，這時g o l d m a n 方程主要受 脅+ 濃度梯度支配，從而產(chǎn)生一個短暫的正電位。動作電位的上升相就是膜外 n a + 快速內(nèi)流的結(jié)果。但膜對+ 通過性增加只是暫時的，緊接著f k 降低，最 增加，直至重建k + 的平衡電位，這就形成了動作電位的復(fù)極相。刺激過后，為 了將f + ，和 n a + 】，恢復(fù)到原來靜息膜電位水平，鈉一鉀泵被自動激活，以使 神經(jīng)元有一個主動的逆濃度差泵出舶+ ，泵入k + 的機(jī)制，磷酸三腺苷酶( a t p ) 為這種電解質(zhì)泵提供了能量，這一過程就象電池在靜息狀態(tài)下充電，然后在激 活狀態(tài)下放電。 1 0 膜電位的存在是神經(jīng)組織賴以發(fā)揮正常功能的基本條件，只有神經(jīng)元膜電 位的存在才能接收刺激信號并將這一刺激信號沿神經(jīng)束傳導(dǎo)、傳遞?？膳d奮組 織的功能異?？赡芘c其膜電位異常有關(guān)。生物電的評估為詳細(xì)地研究生理現(xiàn)象 的中間過程提供了一種有效的方法，從而有很大的診斷價值。 1 2 3 神經(jīng)興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)與傳遞 興奮的觸發(fā)源可以來自人體內(nèi)部的刺激，如肢體的隨意運動，一般認(rèn)為是 大腦某處( 可能是皮質(zhì)區(qū)) 首先產(chǎn)生運動的決定，然后再將命令信號送到運動 皮層以控制骨骼肌的動作。另外，神經(jīng)細(xì)胞群的激活輸入還可能源自各種感受 器的刺激，如光進(jìn)入眼睛可記錄至i j v e p ，用短暫聲音刺激耳朵，也可在腦千記錄 到a e p 。可興奮組織對各種興奮源的刺激將產(chǎn)生階躍狀( g r a d e d ) 響應(yīng)，并與刺 激的強(qiáng)度和持續(xù)的時問成正比，其值超過一定的閾值后都將變成同一型式的信 號，即神經(jīng)沖動。神經(jīng)沖動在細(xì)胞內(nèi)是通過傳播動作電位以電的方式完成的， 而細(xì)胞間的通訊則是通過突觸傳遞來實現(xiàn)的。 興奮過程從無髓纖維的這一段傳到下一段，是由于局部有一個電流流動的 回路( c i r c u i o 。已經(jīng)興奮的點，由于膜的去極化，其電位低于前端尚未去極化部 位，于是極化部位與去極化部位之問將出現(xiàn)電流流動，這個局部的電流對尚處 于靜息狀態(tài)的部位是一個電刺激，會降低它的膜電位同時提高其興奮性，興奮 性提高到一定程度，就在此部位產(chǎn)生新的興奮點。這一過程沿著細(xì)胞膜重復(fù)進(jìn) 行，導(dǎo)致了動作電位的連續(xù)傳播。對于有髓纖維，其神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)是跳躍式 的，局部電流在郎飛氏結(jié)上產(chǎn)生的電位變化所引起的局部電流將會擴(kuò)散到一定 的范圍內(nèi)( 而不是僅僅局限于第二個郎飛氏結(jié)上) 。由于興奮過程只局限于郎 飛氏結(jié)，不但可以加速傳導(dǎo)速度而且減少了能量消耗。動作電位的傳導(dǎo)是再生 式的沖動，具有“全或無”性質(zhì)。因為電壓敏感的n a + 通道在每次短暫的開啟 后，會對電位不敏感并暫時關(guān)閉，稱為不應(yīng)期，它保證只產(chǎn)生一個一定幅值的 動作電位并保證動作電位只向一個方向傳導(dǎo)。 興奮要由一個神經(jīng)元傳遞給另一個神經(jīng)元必須通過突觸，但突觸問的生理 過程并不僅僅是沖動的傳遞。突觸從功能上來講是相鄰細(xì)胞之自j 的電化學(xué) 電聯(lián)接器。如圖1 所示，當(dāng)觸i j 細(xì)胞發(fā)出的動作電位，即興奮脈沖到達(dá)突觸 時，泡囊中的神經(jīng)遞質(zhì)( 如乙酰膽堿) 釋放到約5 0 r i m 寬的突觸裂隙中，被突觸 后細(xì)胞體( 或樹突) 膜表面的感受體截獲后，會改變膜的離子通道的通透性， 從而引起膜電位的變化，即產(chǎn)生突觸后電位( p s p ) 突觸后電位的時空跨距 明顯大于動作電位，其峰值約為1 0 m y ，持續(xù)時間大約1 0 m s 。信號經(jīng)過突觸后可 能發(fā)生交化，主要表現(xiàn)在當(dāng)沖動到達(dá)突觸小體時，突觸前成分對突觸后成分會 發(fā)生特殊的生理性影響，這種影響可以是興奮的，也可以是抑制的。當(dāng)突觸后 成分受興奮影響使膜去極化時，就可能發(fā)生神經(jīng)沖動的傳遞，這種去極化性突 觸后電位稱為興奮性突觸后電位( e p s p ) 。否則是抑制細(xì)胞興奮的超極化抑制 性突觸后電位( i p s p ) 。一條神經(jīng)纖維產(chǎn)生的e p s p 很t j , ，不足以使神經(jīng)元興 奮。然而，許多神經(jīng)纖維電位的綜合便可產(chǎn)生一次沖動。復(fù)雜而微妙的中樞神 經(jīng)機(jī)能就是由許多神經(jīng)元的促迸性與壓抑性效應(yīng)組成的。人腦中的信息處理和 行為的響應(yīng)就取決于興奮信號在神經(jīng)中的傳播路徑。 1 3 腦電闖題中的基本電磁學(xué)理論及物理模型 1 3 1 開放電場與封閉電場 大腦皮層的神經(jīng)細(xì)胞按其形狀可分為粒形細(xì)胞、梭形細(xì)胞和錐體細(xì)胞三 種。前兩種細(xì)胞的胞體很小，位于腦深部，細(xì)胞外形成的樹突走向混亂，都不 能形成有效的電場，占腦電波的比例甚小。而錐體細(xì)胞則與前兩種細(xì)胞不同， 它的細(xì)胞體呈三角形狀，細(xì)胞基底朝下，其項樹突垂直伸至皮層表面，走向相 同，它們的電活動若同時發(fā)生，才可能在一定區(qū)域內(nèi)綜合起來，而被表皮電極 記錄下來( 俞仁康，壽文德，l 婀j o ) 。 實驗證明：皮層表面的緩慢電活動，來源于錐體 細(xì)胞的胞體和頂樹突所產(chǎn)生的興奮性或抑制性突觸 后電位。 在頭皮上記錄的電位變化或磁場變化，是大量 腦神經(jīng)元突觸后電位變化在頭皮上的綜合反映。而 對頭皮電位貢獻(xiàn)最大的是離頭皮最近的皮層細(xì)胞 o p e nf i e l d t i t 粼 ：艄鬈 c o l e df ；e l d 酗2 開放電場和封閉電場圖示 ( 人類大腦皮質(zhì)的面積約為1 1 0 0 厘米2 ，其中1 3 露在大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的表 游彰 o 飛。一 0 面，2 3 則位于溝裂的側(cè)壁和底部，整個大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的總數(shù)約有1 3 6 5 億 ( m a r ke b e a r e ta t , 2 0 0 2 ) ) ，因而研究在有限大小區(qū)域內(nèi)的皮層細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)有大量 胞體成錐狀的神經(jīng)元細(xì)胞，當(dāng)它們同方向排列時，如圖2 所示。這種結(jié)構(gòu)稱為 開式結(jié)構(gòu)，其在外面產(chǎn)生的場稱為開放電場。我們記錄到的腦電信號主要是開 場，可見腦電是由于皮質(zhì)大量神經(jīng)組織的突觸后電位同步組合而成，麗單個神 經(jīng)元電活動十分微小，不能在頭皮上記錄到，只有神經(jīng)元群的同步放電才能記 錄到。當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞交叉穿插時，這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的場稱為封閉電場，如圖2 所 示，此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電位變化相互抵消，因而在頭皮上探測不到( 吳殿鴻 等，1 9 9 5 ) 。 1 3 2 電流偶極子模型和容積導(dǎo)體電場 在1 9 4 9 年，b r a z i e r 就提出了用電流偶極子來描述腦內(nèi)電磁產(chǎn)生器的想法 ( b r a z i e rm a b ，1 9 4 9 ) 人腦的神經(jīng)活動是產(chǎn)生電流偶極子的電源。電生理學(xué)研究 表明，當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞在靜態(tài)時，其細(xì)胞膜處于極化狀態(tài)，細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)分別均 勻地分布著正、負(fù)電荷一膜內(nèi)為負(fù)電荷，膜外為正電荷。由于正、負(fù)電荷的 。重心”是重合的，因此對外不顯電性，即呈現(xiàn)電中性，類似無極分子，如圖 3 ( a ) 所示。對于整個神經(jīng)細(xì)胞，此時不會形成電偶。當(dāng)細(xì)胞受一定刺激后， 膜的相應(yīng)部位處于極化狀態(tài)，使細(xì)胞膜內(nèi)外的電荷分布不再均勻，如圖3 ( b ) 所示，有了一定距離，形成了電偶。對外表現(xiàn)出電性，從而產(chǎn)生電場( 俞仁康，壽 文德，1 9 9 0 ) 。 蟄j 固 ()o畸 圖3 神經(jīng)細(xì)胞的激化和電偶的形成 由于人的頭顱有一定的導(dǎo)電性，因此，不存在穩(wěn)定的電荷偶極子，所假設(shè) 的都為電流偶極子。在神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)過程中，在兩個神經(jīng)元之問的突觸形成 負(fù)離子占優(yōu)勢，從而在下一個神經(jīng)元的頂樹突處形成一個細(xì)胞外負(fù)電位，同時 1 3 在此神經(jīng)元的其它部分( 胞體和基底樹突) 形成一個正電位，這樣就構(gòu)成了一 個微小的電流偶極子。如圖4 所示。電流偶極子的偶極矩就是流過此電源內(nèi)部 的電流與此電源由負(fù)到正極距離的乘積，方向與電流流過的方向一致一個電流 偶極子用來表征處于興奮或抑制狀態(tài)的錐體細(xì)胞，在大腦皮層一個小區(qū)域內(nèi)( 通 常為1 2 c m 2 ) 錐體細(xì)胞群，同時興奮或抑制，也就是它們同時同方向放電，從而 形成了一個平面偶極層，因此也可用一個由較大偶極矩的偶極子來等效。但若錐 體細(xì)胞群很多，在皮層內(nèi)所占面積也較大( ) 2 c m 2 ) ，并且已不是一個平面，這時就 需要用2 個或多個偶極子來等效，如圖5 所示( 胡潔等，2 0 0 3 ) 。 圖4 神經(jīng)元 圖5 偶極子模型 從機(jī)理上講，可將突觸傳遞時的突觸后電位在整體上視為電流偶極子，動 作電位視為電流四極子，即：同一位置處大小相等方向相反的兩個電流偶極予。 因為偶極子場強(qiáng)與源的距離為平方反比關(guān)系。而四極子的場為立方反比關(guān)系， 所以，四極子產(chǎn)生的場隨離源距離的增大有更快的衰減速度。在醫(yī)學(xué)研究過程 當(dāng)中，通常把偶極子看作是一個恒流源。 容積導(dǎo)體電場的形成主要包括兩部分( 俞仁康，壽文德，1 9 9 0 ) ：生物電信號源 和生物電信號源所浸浴的周圍介質(zhì)。生物電信號源就是上述受刺激而處于興奮 狀態(tài)的細(xì)胞，簡化為電偶。由于電偶的存在，就在其浸浴介質(zhì)中，也就是在其 容積導(dǎo)體中建立起電場，在其空間的不同點上產(chǎn)生不同的電位。對于巨大容積 的導(dǎo)體來說，若浸浴介質(zhì)的電阻率p 增大，則電場中各點的電位亦增大，這是 因為生物電信號源近于恒流源，所以當(dāng)介質(zhì)電阻變大時，在頭皮上產(chǎn)生的電位 就相應(yīng)增大了。 1 4 1 4 腦磁場 人體的生物磁場的來源主要有三種：1 ) 生物電流產(chǎn)生的磁場；2 ) 由生物磁 性材料產(chǎn)生的感應(yīng)磁場；3 ) 侵入人體內(nèi)的強(qiáng)磁性物質(zhì)產(chǎn)生的剩余磁場( 丘冠英， 彭銀詳，2 0 0 0 ) 。其中第一種就是產(chǎn)生腦磁的源。細(xì)胞膜內(nèi)外的離子移動引起了腦 內(nèi)的電活動，從而產(chǎn)生了生物電流，由此產(chǎn)生了磁場。記錄下這種磁場變化可獲 得腦磁圖。一組緊密排列的腦神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生的生物電流可看作為一個信號 源。由這一電流源產(chǎn)生的生物磁場可穿透腦組織以及顱骨到達(dá)頭部之外，可用 一組探測器陣列來測量分布在頭皮表面上的這種磁場以確定腦內(nèi)信號源的精確 位置和強(qiáng)度。在腦磁場的分析中，使用電流偶極子和電流矩來表達(dá)這些細(xì)胞活 動。 通常，m e g 信號源的電流偶極子的偶極矩在1 0 h a m 的量級，故對一個誘發(fā) 刺激，大約有1 0 6 個突觸處會產(chǎn)生同步的響應(yīng)。在皮層中約有1 0 5 個錐體細(xì)胞 m n l 2 ，而每個細(xì)胞又有大約數(shù)千個突觸，因此當(dāng)在每咖2 的皮層中有千分之一 左右的突觸發(fā)生同步響應(yīng)，就產(chǎn)生了可探測到的m e g 信號。不過實際中，在 皮層的相鄰區(qū)域也可能存在方向相反的電流，使產(chǎn)生的磁場會部分抵消，于是 實際同步響應(yīng)活動的皮層區(qū)域要大一些，實際測量的電流密度約為 1 0 0 - 2 5 0 h a r a m 2 ( f r e e m a n ，1 9 7 5 ；k r a u te ta 1 ，1 9 8 4 ) 。 對于腦磁研究來說，并不是所有的神經(jīng)細(xì)胞都會產(chǎn)生可測量的電磁場。在 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，因為電流偶極子產(chǎn)生的場會隨著距離的平方而減低，只有在 皮層上的電流才能有貢獻(xiàn)。進(jìn)而，不是所有的皮層細(xì)胞都會產(chǎn)生可測量的磁 場。例如，星狀細(xì)胞產(chǎn)生閉合場，他們的突觸有一個均勻的密度因為神經(jīng)細(xì)胞 的接受突觸連接的樹突在所有的方向都有分支。解剖上只有錐體細(xì)胞才產(chǎn)生磁 場，因為它們有偶極子的配置，這些細(xì)胞，大多在皮層的6 層中的第三層( 對 于視覺皮層) 或在第5 層( 運動皮層的巨錐體細(xì)胞( b e t zc e l l s ) ) 主要依賴于局 部的信息在不同的皮層層中，組成了7 0 左右的新皮層神經(jīng)細(xì)胞。它們產(chǎn)生信 息關(guān)于內(nèi)部垂直活動在一個給定的皮層區(qū)域中的皮層表面?？紤]一群這樣的細(xì) 胞的平均行為可以被模型成一個電流偶極子產(chǎn)生徑向的磁場和切向的電場，因 此腦電主要是測量平行于顱骨的神經(jīng)細(xì)胞的活動，而腦磁主要是測量垂直于顱 骨的這些細(xì)胞的活動，參見圖6 。由此也可以知道，腦電腦磁是互補(bǔ)的測量皮 層區(qū)域的錐體細(xì)胞的突觸后電位變化產(chǎn)生的皮層電活動。而對于腦磁研究來 說，在球頭導(dǎo)體模型下，徑向偶極子( r a d i a ld i p o l e ) 對頭外磁場沒有貢獻(xiàn)，而 只關(guān)心切向偶極子( t a n g e n t i a ld i p o l e ) ，可參見圖7 。 圖6 腦磁場產(chǎn)生原理示意圖 圖7 球頭模型下徑向和切向示意圖 1 5 腦電圖與腦磁圖 1 9 2 9 年德國精神病學(xué)家b e r g e r 乖j 用靈敏的電流計在人的頭皮上首次記錄到 腦電圖，后稱為e e g 。現(xiàn)己知，e e g 是腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)數(shù)量的錐體細(xì)胞的突觸 后電位在頭皮上的反映，而不是源于時程較短的動作電位。在頭皮上之所以能 記錄到0 5 4 0 h z 的較大幅度( 1 1 0 0 9 v ) 的e e g ，主要得益于大腦皮層有序的 多層結(jié)構(gòu)，錐體細(xì)胞的軸突徑向排列，而樹突在最外層呈切向分布，因而形成 了有序的電偶極子，只要幾十萬個神經(jīng)元活動的電場強(qiáng)度變化足以克服顱骨屏 蔽，在頭皮上就能較容易地記錄到。 e e g 通過放置在顱骨內(nèi)外的電極測得，記錄的信號反映了電極之間的電位 差，電位差是由通過某些組織的離子電流產(chǎn)生，這些組織周圍環(huán)繞著大腦內(nèi)部 帶電的活動細(xì)胞。生物電信號由兩個電極之間的電位差測得。通常有兩種記錄 技術(shù)：參考電極( 或單電極技術(shù)) 和雙電極技術(shù)。臨床應(yīng)用的腦電圖記錄儀根 據(jù)腦電極的多少有8 道、1 6 道、3 2 道、6 4 道或1 2 8 道等之分。腦電圖的多道記錄 是為了觀察腦電位分布的對稱情況和瞬時變化( g u l r a j a n i ，r a m e s hm ，1 9 9 8 ) 。 腦磁圖m e g 和e e g 一樣是能以毫秒以下分辨率來實時記錄腦活動的方法。 m e g 記錄的是由突觸后電位所產(chǎn)生的頭顱表面磁場。m e g 具有優(yōu)越的時間分辨 率和良好的空問分辨率。因腦磁場信號很弱，約為1 0 - 9 高斯( 相當(dāng)于地磁場的 億分之一) ，因此只有在超導(dǎo)量子干擾技術(shù)發(fā)展起來之后，才能記錄至i j m e g ， 1 6 目前已有成熟的產(chǎn)品，只是價格不菲。 腦電圖( e e g ) 和腦磁圖( m e g ) 測量的是由不同的腦電活動產(chǎn)生的電磁 場，有優(yōu)越的時間分辨能力，它們測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動時產(chǎn)生的電場、磁場， 通過對信號的分析，判斷神經(jīng)活動是否正常，也可以提供活動神經(jīng)元的位置及 活動強(qiáng)度等信息。相對而言，腦電圖和腦磁圖是一種更加“直接”的測量方 式，我們并不需要借助向人腦內(nèi)加入任何的“中介”，因此，無論是過去，現(xiàn) 在還是將來，無論是采用任何的標(biāo)準(zhǔn)，它們都將是真正的徹底的“無損”的方 法。 在一些方面它們有相似性和不同性： m e g 與e e g 信號源是一致的，同為腦內(nèi)神經(jīng)活動產(chǎn)生的電流分布，兩者從 不同的角度提供相似的及互補(bǔ)的信息。 m e g 主要依賴于直接對應(yīng)神經(jīng)活動的原在電流，而e e g 既依賴于原在電流 也依賴于體積電流。也就是說，e e g 對體積電流的依賴程度高于m e g 。從而 e e g 比m e g 更易受腦組織電導(dǎo)率的影響。換言之，要對e e g 做計算，必須對腦 組織的結(jié)構(gòu)及電導(dǎo)率有詳細(xì)的認(rèn)識。而對m e g 計算時，對這種要求不高。例 如，采用頭的多層同心球模型時，m e g 與各層不同電導(dǎo)率的具體數(shù)值完全無 關(guān)，而計算e e g 時，必須基于這些電導(dǎo)率的數(shù)值。這一點決定了在實際對源定 位時，通常m e g 定位精度高于e e g 。比如使用e e g 的源定位誤差在1 0 毫米左 右，而m e g 的定位誤差為2 4 毫米左右( h a m a l a i c n ，e ta l ，1 9 9 3 ) 。反映在檢測信號 的靈敏度方面，以對腦外傷后遺癥的檢驗為例，m e g 的檢出率就高于e e g 的。 m e g 對頭內(nèi)切向分布的源敏感，恰好在大腦皮層總面積中，占有大部分份 額的溝( 7 0 以上) 上分布的源，其指向即為切向，適合用m e g 檢測。 當(dāng)源向腦中心靠近時，m e g i ：b e e g 衰減得快，因而m e g 在檢測腦深部的神 經(jīng)活動時不如e e g 。 在兩者具體測量時，m e g 要求受測者在測試過程中保持靜止不動，測試時 問不宜過長。測量e e g 時由于頭上固定電極，因而允許較長時間的測量。m e g 為無接觸測量，e e g 要注意接觸電阻的問題。 在測量儀器方面，m e