针刺对脑功能影响的数据采集与分析

【摘要】：针灸对许多疾病有明显疗效,但针灸如何调节和影响身体各种功能的机理尚不清楚。目前,国内外众多学者采用各种手段研究针刺的穴位特性和作用机制等,而本文则从针刺体表电信号角度分析针刺的作用规律。 本文设计了具有高速、实时、多路、同步特性的体表电信号采集系统,实现了理论采集速度可达64KHz,导联数量最高为256导,并完全同步的多种体表电信号采集。 脑电(EEG)是不同频率震动的诸多振子共同作用的结果,是脑复杂生理电活动的体现,并能够反映脑部各区域的变化。本文分析了影响针刺脑电实验结果的3种因素,设计了采用人工针刺方式刺激右腿膝部足三里(ST-36)穴位获取9位受试者的EEG数据,分析针刺对脑部活动影响的实验。 本文首先采用边缘谱分析方法和相对功率分析方法处理EEG数据,发现针刺ST-36可以显著影响脑部活动,具有明显的镇定作用,这种现象与中医理论中足三里穴位的疗效相符。通过计算不同针刺阶段EEG信号的LZ复杂度,发现9位受试者在针刺不同阶段,脑部区域的LZ复杂度的变化明显,这说明针刺对脑部有显著作用。通过计算不同针刺阶段EEG信号的小波能量熵,发现9位受试者在针刺时的小波能量熵有下降趋势,说明针刺使EEG信号变得更加有序。 除了研究单个导联的特性外,本文还分析了两个或多个导联间的脑电特性。本文采用相干估计和同步似然度法分析了针刺各阶段脑部不同区域间的同步性,发现针刺会显著加强δ频段和γ频段脑部各区域间的同步性;根据EEG信号同步性的生理基础,证明了同步性提高是针刺协调各脑部区域间电活动的具体体现,针刺具有促进脑部不同区域间信息交流的作用。 本文首次将脑功能性网络的思想引入到针刺研究中,通过分析发现针刺会显著增加脑部远端区域间的连接数目,从而使脑功能性网络的平均聚类系数增加,平均路径长度降低,即针刺会加强脑功能性网络的小世界特性。根据脑功能性网络的分析结果及其生理意义,证明了针刺有提高脑部远端区域间信息交流的效果,促使脑的“分布式信息处理结构”更加理想并加强人脑对随机错误和局部功能损坏的恢复能力和稳定性。 通过上述对脑电信号的分析,发现针刺足三里对脑部有显著作用,并首次将EEG的同步性分析方法和脑功能性网络的思想引入到针刺机理研究中,为传统针灸理论研究提供了新的思路和方法。