更新時間：2025-09-11 21:05:08作者：佚名
為傳播神經科學最新進展，北京神經科學學會組織了“認知中樞”科學文章競賽。賽事征集到眾多由科研人員、醫護人員及醫學愛好者創作的投稿，通過專家委員會的嚴格篩選，依據學術價值、新穎程度及大眾易懂性等標準，挑選出部分獲獎作品，供大家欣賞，共同領略神經科學的非凡之處，目睹神經醫學探索的突破性成果。
腦電波，是洞悉大腦運作的一扇關鍵窗口。讓我們跟隨醫學生小陳的視角，去研究腦電波，了解這個既奇妙又難解的“大腦電活動”，明白其內在的科學機制與實際用途。
一 什么是腦電波？
小陳在醫科大學學習期間，越來越對人體的精妙構造感到驚嘆。大腦雖然只占人體重量的百分之二，卻需要消耗全身百分之二十到三十的氧氣。它是人體的控制中心，具備極強的信息處理功能，能夠實現人的各種思維活動。這種能力依賴于神經細胞內部以及細胞之間的化學物質和電脈沖的傳遞。小陳對大腦的每一個方面都充滿了好奇。
記得中學時“蛙心實驗”揭示的生物電現象嗎？現代醫學借助心電圖、腦電圖、肌電圖等手段檢測生物電，以輔助診斷治療疾病。腦電圖能夠反映大腦神經元的電活動狀況。教授打個比方說明白這個道理：每一枚腦細胞都好比一個大型運動場的全部觀眾，大腦處理各種信息的方式如同運動場上的觀眾各自坐在不同地方，彼此說著不同的話題，頭皮上的記錄電極則像是運動場上空懸著的麥克風，它們捕捉這些細胞的交流（電信號），由此構成了腦電波。
二 腦電波的類型
小陳初次在腦電圖室進行實踐，目睹病患的頭頂部位安放了為數不少的監測電極，電極通過一根根線纜與設備相接，而另一側的計算機屏幕上則呈現出若干條形態略顯紛亂的曲線。他回想起1924年德國的Hans學者，憑借對腦內電活動進行監測的技術，首次捕捉到了源自人類頭皮的腦電訊號，并展示了多種不同的腦電波形。緊接著的一百多年光陰里神經科學，神經科學領域經歷了翻天覆地的革新。各種狀態的腦電活動存在差異,腦電活動依據每秒內重復波形的次數，即頻率（單位Hz）來劃分，主要包含以下幾種類型：
圖1 腦電波采集示意圖及主要波形
三 基于腦電波的睡眠分期
小陳因為喜愛腦科學和睡眠科學，考上了睡眠專業的碩士研究生，他慢慢認識到睡眠并非只是意識消失的狀態，而是一個需要精確控制的活躍過程，其中包含著復雜的身體變化和關鍵作用，監測大腦電波是睡眠研究的關鍵步驟。
根據腦電波和生理狀態，睡眠劃分為：
非快速眼動睡眠按睡眠由淺至深分為4個階段：
四 獨特的快速眼動睡眠期
小陳感到十分意外，他注意到快速眼動睡眠階段的大腦電活動，與意識清醒且注意力集中的狀態時非常接近，這種睡眠也被稱作快速波睡眠。在這個時段，人的大腦相當活躍，眼珠在眼瞼之內飛速轉動，然而身體四肢和軀干卻處在極度松弛的狀態，幾乎完全喪失了活動能力。
快速眼動睡眠階段極為特殊，大部分夢境都產生于此時，并且畫面感很強。如果在快速眼動睡眠階段被喚醒，有時能夠記得所做的夢，并且體驗感也更為深刻。在這一階段，大腦會抑制身體活動，這樣人才能夠安穩做夢，不會在夢中拳打腳踢或者奔跑跳躍。
五 睡眠周期
小陳在睡眠診療機構見識到多導睡眠記錄，這種檢查通過收集并研究睡眠期間腦電活動、眼球運動、肌肉活動、胸腔與腹部呼吸等多項數據，了解到睡眠的不同階段并非按部就班地輪流出現，大腦電波的變化常常是逐步的，彼此交織在一起，并且呈現出某種傾向性。夜間睡眠以兩種狀態輪流呈現，這兩種狀態分別是非快速眼動睡眠和快速眼動睡眠，它們交替進行構成一個完整的睡眠循環，每個循環持續大約90分鐘，這是成年人的普遍情況，一整晚大約會有4到5個這樣的循環，如圖2所示，在最初的兩個睡眠循環里，以深度睡眠為主，而進入后半夜，隨著循環的推進，快速眼動睡眠的持續時間會逐漸增長。
圖2 腦電波采集示意圖及主要波形
六 腦電波的應用
腦電波難以精確呈現單個神經元的全部運作，不過我們依然能夠逐步分析，歸納特點，通過局部現象推知整體情況。
不正常的腦電圖圖形包括尖形波形和棘形波形，前者比后者持續時間更長，波峰更為高聳尖銳，還有尖慢波形態，即尖形波形與慢形波形的組合體，以及棘慢波形態和三相波形態等。
小陳得知，腦電圖和視頻腦電圖是醫療中的一項常規檢測手段神經科學，對于癲癇等病癥的確診、區分、位置查找以及效果評估都有重要作用；腦電活動的記錄也是劃分睡眠周期的參考標準；腦電數據經常與成像技術聯合使用，關聯到認知神經科學、腦機接口等尖端學科。
人類清醒時，或者處于非快速眼動睡眠階段，又或者進入快速眼動睡眠階段，這三種狀態會不斷交替出現，每個階段大腦電波的形態都十分獨特。借助神經科學和計算機技術的進步，我們渴望研發出更精確且無需侵入性的腦電數據獲取與處理方法，從而揭示更多關于神經信息傳遞的奧秘，并為未來開辟更寬廣的實用領域。
作者：霍陽 郭淮蓮
作者單位：北京大學人民醫院神經內科
參考資料：
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