作者：周思捷，白紅民，廣州軍區廣州總醫院神經外科

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人腦具有電活動是Hans?Berger于1924年首先檢測到的，并將這種檢測方法命名為腦電圖（electroencephalo-graph，EEG）。腦電信號主要由皮質內大量神經元突觸后電位同步總和形成，是很多神經元共同活動的結果。傳統腦電信號分析大多由專家根據經驗辨別偽差目測完成，并根據腦電圖波形的幅度、頻率和瞬態分布等給出評價。這使對腦電信號的特征提取與分析停留在主觀水平上。傅立葉變換進行腦電圖分析后，相繼引入頻域分析、時域分析等腦電圖分析的經典處理方法，腦電信號的處理理論與方法均有較大的進展。

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越來越多的研究已經證實：事件相關去同步化（event-related?desynchronization，ERD）和事件相關同步化（event?related?synchronization，ERS）是研究腦功能信號有用的分析方法。本文結合現有的文獻報道，對ERD/ERS的概況、量化方法以及臨床相關研究進行綜述。

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1.ERD/ERS概況

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隨著腦電信號記錄及分析的發展，PFURTSCHELLER和ANDREW在1999年證實在單手準備和執行運動時，對側感覺運動皮質腦電信號中α頻段（8~12Hz）和β頻段（13~30Hz）出現振幅降低，并稱為ERD，代表受激活的皮質腦電信號振幅減低。同時，運動手同側的腦皮質信號中α頻段（8~12Hz）和β頻段（13~30Hz）出現振幅增加，稱為ERS，代表相應皮質在靜息狀態下出現波幅增高。

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在使用ERD/ERS分析受試者肢體活動、語言功能等腦電信號時，發現其存在以下特性：

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①高度頻譜特異性：δ頻段（＜4Hz），θ頻段（4~7Hz），α頻段（8~12Hz），β頻段（13~30Hz）及γ頻段（＞30Hz），其中γ頻段又被分為低γ頻段（30~50Hz）、高γ頻段（＞60Hz）等。頻段劃分使研究者進一步嘗試通過對不同頻段分析腦電信號，如中央區α頻段又稱為μ頻段，產生于大腦感覺運動區，而μ頻段常伴β頻段出現。BRINKMAN等證明單側肢體執行任務，μ頻段在同側感覺運動皮質振幅功率增加，而對側β頻段感覺運動皮質同時下降。大腦運動感覺皮質μ和β頻段的ERD/ERS可作為大腦中央區激活或失活狀態的指標。MANDEL等通過9名成年人交談任務中發現，發言者左側語言區α頻段的ERD比聆聽者下降20%。

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②時間鎖定性：通過皮質腦電技術（electrocorticograpy，ECoG）收集的腦電信號發現，中央區腦電振幅活動在運動開始前即可出現并持續到運動結束后數秒。MANDEL等研究在交談測試中，發言者結束前數秒，另一名準備發言者α頻段就出現能量變化。SAKIHARA和INAGAKI觀察到舌相關的皮質腦電ERD在舌執行相關活動前2秒就出現。

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2.ERD/ERS量化方法

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方法包括：經典頻帶功率法、試用方差法、自回歸模型和頻譜分解法、時間頻譜演化方法、任務相關能量的增減方法、柯氏復雜性和傅里葉譜熵。除柯氏復雜性和傅里葉譜熵是非線性測量之外，其他都是鑒于該頻帶的功率熵。

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3.ERD/ERS臨床應用

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3.1在腦運動區定位的應用

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μ頻段的ERD/ERS和肢體感覺運動有密切關系，可以被感覺刺激及肢體運動阻斷。TORO等發現受試者在握拳和屈趾實驗中，α頻段的ERD空間分布都集中于對側半球運動區，而β頻段ERD出現的時間和空間分布與之相似，但比α頻段分布更離散。在全麻術中喚醒狀態下，通過監測運動區腦電信號發現，μ頻段的ERD/ERS具有大腦運動皮質能量變化特征，以其為重構特征信號在運動事件發生前后的能量比作為特征值最為明顯，可以有效分類運動功能區皮質。肢體的真實或想象運動中伴隨由大腦運動皮質低頻頻段的ERD/ERS腦電能量變化，使其在腦運動區定位中起重要作用。

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3.2在腦語言區定位的應用

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LACHAUX等發現高γ頻段比低頻腦電有更好的穩定性及特異性，對不同聲音刺激表現出不同的拓撲分布，受試者一直重復執行幾種語言任務諸如聽覺辨別、識別詞匯等，ECoG所采集的高γ頻段活動結果與fMRI語言區定位有良好的相關性。2017年，我國認知神經科學與學習國家重點實驗室聯合北京宣武醫院對5例直接皮質電刺激（direct?electrical?stimulation，DES）語言區無法引起陽性癥狀的癲疒間病人，實行術中植入硬膜下電極并用ECoG記錄，以高γ頻段ERD/ERS評估皮質語言區，與DES比較有較高的一致性（靈敏性77.1%，特異性97.1%），其結果表明高頻腦電ERD/ERS定位腦語言區的效用。

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NAKAI等對100例術后癲疒間病人，由DES引起短暫癥狀記錄于三維的大腦圖像表面，通過聽力、命名過程中將高γ頻段及β頻段的ERD/ERS變化記錄于四維圖像，結果表明：高γ頻段ERD及β頻段ERS出現在語言區，并證實DES發現的語言區與高γ頻段ERD/ERS一致性。ARYA等的研究發現與DES相比，高γ頻段ERD/ERS定位雙側大腦語言區的特異性為81%，而靈敏度分別為47%（左側大腦）和44%（右側大腦）。BABAJANI-FEREMI等通過9例顱腦手術定位語言區的病人，以DES為金標準，高γ頻段、fMRI、經顱磁刺激技術的靈敏性/特異性分別是：100%/85%、50%/80%、67%/66%，這進一步驗證高γ頻段的ERD/ERS術中定位語言區的可能性。憑借各頻段ERD/ERS的研究處于不斷發展階段，是近年來用于探索人腦功能區定位的常用方法。

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3.3在認知及情感功能評價的應用

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BORGHINI等通過回顧有關精神疲勞神經生理學測量方面的文獻，總結精神疲勞發生時飛行人員或駕駛人員相關的腦電圖波形變化發現，駕駛人員高精神負荷時，腦電圖θ頻段增加和α頻段減少，精神負荷狀態向精神疲勞狀態轉換時，θ頻段、δ頻段和α頻段增加，并且離線狀態下檢測這些精神疲勞狀態的準確率約在90%。LEE等研究情感變化在腦電圖中的表現和觀察持續3秒的情緒圖片刺激時，情感力度高者出現穩定的α頻段ERD和γ頻段ERS，進一步證實情商高者出現α頻段去同步化更少。這些研究表明各頻段的ERD/ERS認知、情感評表提供客觀有效的臨床信息。

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4.ERD/ERS應用研究展望

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采用不同頻段ERD和ERS探討正常或病理狀態腦感覺、運動和認知功能是非常有用的研究方法。通過檢測各特定節律ERD/ERS信號特征，可判斷神經皮質功能區的空間位置，其對皮質感覺運動區、輔助運動區、語言區等定位將成為未來腦功能研究的方向。

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來源：周思捷,白紅民.事件相關去同步化和同步化方法在腦電信號分析中的研究進展[J].中國微侵襲神經外科雜志,2018(03):141-143.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的事件相关去同步 (ERD) 和事件相关同步化 (ERS)在脑电信号研究中的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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