次声波对于生物体脑电(EEG)的影响及规律研究

摘要

随着现代社会的发展，科学技术取得了日新月异的成就，如何利用现有的科学技术手段提高人民的生活质量成为日益关注的焦点。失眠、精神疾病及脑力疲劳等已成为威胁人体健康的主要危害因素。脑电图（Electroencephalogram，EEG）可以直接反应大脑的神经活动状态，广泛应用于精神疾病、脑力疲劳以及失眠的监测、检测及治疗。脑电信号存在节律性极强的特点，不同的脑电节律代表大脑不同的生理和精神活动状态。脑电节律因具有“节律同步化”效应，如何调节脑电节律从而改变生物体的生理甚至精神状态是一项关系到人体健康的重要课题。次声作为一种与脑电频率相吻合的物理因子，与其他物理因子一样，可对生物体脑电带来深刻影响。探究次声波对于生物体脑电的影响及规律对于开展次声的积极应用具有重要意义，同时对于减少次声对于生物的危害和进行次声防护具有重要的价值。
　　长期以来，关于次声的研究主要认为长时间、高强度的次声暴露会导致人体的各种不良反应，甚至对人体带来伤害。哲学的辩证思维认为事物都具有两面性:次声也不例外，适当的次声刺激也会对生物体带来积极影响。本文的研究内容主要包含以下4个方面:
　　(1)经过查阅研究次声资料，通过分析对比现有次声暴露实验的原理及方式，总结造成次声有害作用或有益作用产生的差异性因素。根据本文拟研究的局部次声暴露大脑皮层实验的要求，设计并搭建次声局部暴露生物（新西兰兔）大脑皮层实验平台。
　　(2)首先通过单一频率6Hz、10Hz、16Hz声压级为130dB的次声频率对比实验分析得出不同频率作用下脑电的变化特性规律;其次，通过10Hz不同声压级100dB、130dB的次声声压级对比实验分析得出不同声压级作用下的脑电的变化特性规律;最后，通过复合频率(8～13Hz)不同声压级下100dB、130dB的次声对比实验分析不同频率作用方式下脑电的变化特性规律与单一频率与复合频率相同声压级下脑电的变化特性规律。
　　(3)利用快速傅里叶变换，实现脑电信号节律波功率谱的提取，并分析刺激前后不同节律脑电的功率谱变化，研究脑电信号多个节律的相对平均功率在实验过程中的变化规律，实现次声刺激下脑电节律波的线性特征分析。
　　(4)利用统计学的单因素方差分析，研究次声波局部作用于生物体大脑皮层的影响及机理。
　　基于脑电节律在受到外界刺激时会产生“节律同步化”的效应，利用次声局部作用于大脑皮层对于生物体的影响及实验结果;在对脑电节律的相对平均功率进行定性定量分析的基础上，利用统计学分析（独立样本t检验、单因素方差分析（ANOVA））分别对不同电极、样本、声压级、频率及性别判断次声引起变化的显著性。研究结果表明，130dB与100dB的次声相比，单一频率次声与复合频率次声相比，可明显诱发脑电产生节律变化，使脑电产生同步化效应，可明显调节生物体脑电的主要节律，改变生物体大脑的生理活动状态。不同样本之间在次声暴露时脑电节律存在巨大差异，需进一步分析研究。同时分析得出性别对实验结果无明显影响，不同电极之间的脑电节律相对平均功率不存在明显差异。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 次声或LFN作用于脑电及中枢神经系统的国外研究现状

1．2．2 次声或LYN作用于脑电及中枢神经系统的国内研究现状

1．3 课题来源、研究内容及意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 研究意义

第2章 次声波作用下生物体脑电变化机理探究及采集实验

2．1 脑电信号概述

2．1．1 脑电信号的特点

2．1．2 导联及参考电极

2．1．3 脑电信号处理方法

2．2 次声的生物学效应及次声作用机制

2．2．1 次声的生物学效应

2．2．2 次声的作用机制

2．3 实验设计及实验平台搭建

2．3．1 实验对象及电极位置确定

2．3．2 实验平台搭建

2．3．3 实验设计

2．3．4 实验方案及流程

2．3．5 实验数据处理

2．4 本章小结

第3章 单频次声诱发脑电信号特性变化及规律研究

3．1 基于次声刺激的脑电“节律同步化"效应验证

3．1．1 基于功率谱的脑电“节律同步化”验证

3．1．2 基于节律的相对平均功率的脑电“节律同步化”验证

3．2 单频次声波诱发脑电信号的特征分析

3．2．1 不同电极脑电信号特征分析

3．2．2 个体化差异性分析

3．2．3 10Hz次声下脑电节律变化的统计学分析

3．2．4 性别影响的统计学分析

3．2．5 实验6个阶段的统计学分析

3．2．6 结果讨论及总结

3．3 本章小结

第4章 复频次声诱发脑电信号特性变化及规律研究

4．1 复频次声波诱发脑电信号特征分析

4．1．1 功率谱分析

4．1．2 不同电极差异性分析

4．1．3 个体化差异及实验过程中6个阶段的统计学分析

4．2 单频次声与复频次声诱发脑电信号的对比分析

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 本文创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况