经颅磁刺激诱导人兴奋状态的研究

摘要

1985年，Barker等将平面线圈置于正常人运动区的头皮之上进行磁刺激，观察到手肌抽动，用表面电极在小指外展肌记录到运动皮质诱发电位(MEPs)引起了极大的轰动，这种方法后称为经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation，TMS)，由于克服了电刺激的缺点，颅骨对磁场是透明的，TMS能无痛、非接触地刺激人脑和神经，很快成为一种刺激人脑的方法，用于研究脑生理、病理的各个方面。 经颅磁刺激在对大脑功能的研究方面已成为当今的热门课题。本课题就经颅磁刺激诱导人的兴奋状态进行了研究。本课题先通过饮用定量咖啡使受试者形成兴奋，然后每间隔五分钟测定一次血压，体温和脉搏，连续监测70分钟。以便找出生理指标上的变化规律，根据记录的数据发现血压中舒张压有明显的规律性变化。以这些数据为依据，给受试者饮用定量咖啡后，连续采集脑电数据，然后对采集到的脑电数据进行功率谱分析确定人兴奋状态的特征频率，并通过偶极子定位来确定兴奋时的脑内源区位置。 为了对该位置施加人兴奋状态的特征频率的磁刺激，本课题设计了一套脑电信号模拟仿真系统，用它的输出来驱动线圈，产生作用于人体的、类似脑波的刺激磁场，这套系统分为信号发生装置、功率放大模块和磁线圈三大部分，系统具有波形来自与脑电信号、失真小、刺激时间和强度可调等优点。 使用人兴奋的脑波激励线圈，产生的磁场去刺激人脑来诱导人兴奋是本课题的主要创新点，先使用不经过滤波的兴奋的脑波激励线圈进行经颅磁刺激，再利用滤波后只提取兴奋的特征频率的脑波激励线圈进行经颅磁刺激，根据实验结果选取效果较好的一种做为磁刺激的激励信号。 受试者夜里保持不睡状态至凌晨4点施加磁刺激，在磁刺激前后分别进行图像识别的测试来判断清醒程度，同时在磁刺激前后分别采集脑电数据进行功率谱分析，找出特征频率的改变。证实经颅磁刺激确能诱导出人的兴奋状态。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1经颅磁刺激的国内外研究现状及应用

1.1.1经颅磁刺激的国内外研究现状

1.1.2经颅磁刺激的应用领域

1.1.3经颅磁刺激的工作原理与研究手段

1.2经颅磁刺激诱导人兴奋研究的目的和意义

1.3本课题的提出及主要研究内容

第二章人兴奋状态的脑波特征及兴奋时的脑区定位

2.1方法

2.1.1实验对象及生理指标的确定

2.1.2实验仪器

2.1.3脑电记录

2.2脑波数据分析

2.2.1饮用咖啡之前安静状态的功率谱的特征

2.2.2饮用咖啡之后兴奋状态的功率谱的特征

2.2.3通过比较来确定饮用咖啡形成兴奋后的EEG特征频率

2.3兴奋源的脑区定位

2.4结果分析

第三章经颅磁刺激TMS系统的研制

3.1磁刺激线圈的确定

3.1.1线圈的磁感应强度分布与线圈半径的关系

3.1.2磁感应强度值衰减与线圈半径的关系

3.1.3 8线圈中的电流和两端电压的关系

3.1.4 Z轴上静磁场的分析

3.2低频电流产生的电磁场分析

3.2.1准静态电磁场近似理论

3.2.2准静态电磁场求解

3.3磁刺激系统的整体设计和硬件实现

3.3.1系统的需求分析

3.3.2系统的总体设计

3.3.3信号重构系统的实现

3.3.4系统的软件设计

3.3.5刺激信号的数字信号处理

3.4本章小节

第四章使用兴奋脑电信号进行经颅磁刺激的实验

4.1受试者的选择和实验环境与实验条件

4.2一类磁刺激实验

4.2.1一类磁刺激后的脑波数据采集

4.2.2一类磁刺激后的脑波数据的分析与讨论

4.2.3假刺激后的脑波变化

4.3二类磁刺激实验

4.3.1二类磁刺激后的脑波数据采集

4.3.2二类磁刺激后的脑波数据的分析与讨论

4.3.3假刺激后的脑波变化

4.4两种经颅磁刺激结果优劣比较

第五章困倦状态下经颅磁刺激诱导人兴奋的实验

5.1受试者的选择和实验环境与实验条件

5.2困倦状态下经颅磁刺激前后的清醒反应测试

5.3困倦状态下经颅磁刺激前后分别进行EEG数据的采集与分析

5.4实验结果的讨论

第六章低频弱磁场影响脑电节律的理论模型

6.1弱电磁场对神经细胞作用机理研究概况

6.1.1影响神经递质的释放而影响情绪

6.1.2改变钙离子内流而影响神经递质释放

6.2弱电磁场影响神经递质释放的理论模型

6.2.1弱电磁场对生物化学反应进程的影响

6.2.2弱电磁场对神经递质释放及化学突触传递过程的影响

6.2.3讨论

6.3弱电磁场影响脑电节律的理论模型

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢