电生理学测量方法

A. 电生理检查的肌电图（EMG）

是用肌电图仪记录神经和肌肉的生物电活动，对其波形进行测量分析，可以了解神经、肌肉的功能状态，协助对下运动神经元或肌肉疾病的诊断。目前常用的方法有三种：①针极肌电图：亦称普通肌电图，是将特制的针电极刺入肌腹，或用表面电极置于肌肉表面皮肤，在示波器上或记录纸上观察肌肉在静止、轻收缩、重收缩三种状态下的电位变化，以帮助判断疾病究系神经源性或肌源性损害。②神经传导速度测定：也即运动神经传导速度（MCV）和感觉神经传导速度（SCV）测定。系在神经干的近端（MCV）或远端（SCV）给以脉冲刺激，在远端效应肌（MCV）或近端神经走行部位（SCV）接收波形，测理两点之间的潜伏期和距离，即可计算出运动神经或感觉神经传导速度，主要用于了解神经传导功能情况。③其他：如重复频率试验，F波、H反射、牵张反射等检查以及单纤维肌电图检查等，可进一步了解神经、肌肉、神经一肌接头以及脊髓反射弧的功能状态。

B. 什么是运动诱发电位

运动诱发电位（MEP）是继体感诱发电宏销位(SEP)后，为检查运动神经系统功能而设计的一项神经电生理学检查方法。作为一种无创伤性的检测手段，MEP已广泛应用于运动神经系统疾病的诊断、术中监护和预后估计，尤其是近年来，随着经颅磁刺激技术（TMS)和电生芹裤理学、叠加平均技术的完善，MEP的适用范围蔽首游日益拓广。
运动诱发电位各参数的测量：1.潜伏期和中枢运动传导；CCT的测量有两种方法一是应用F波，二是磁或点刺激神经根。
2.波幅及MEP和CMAP的比值。
3.时限和相位数
4.皮层阈值

C. 周围神经损伤的判定方法是什么

周围神经损伤(peripheral nervein juries，PNI)是周围运动感觉和植物神扰做经，由于外伤感染受压中毒缺血和营养代谢障碍，而形成各种类型各种程度的损伤和疾病其最主要的病理变化，是神经受损造成断裂远端轴索和髓鞘自近及远产生变性碎裂，其后为雪旺细胞和巨噬细胞吞噬，2~3周内变性过程完成，神经的兴奋和传导功能丧失

如果神经膜未遭破坏，则逐渐形成空管，其后从近端轴索形成轴芽，逐渐向远端延伸，形成神经再生过程，速度为1~2mm/天神经再生完成后其功能将逐渐恢复，如果再生受阻，在半年后神经膜管会因周围组织的压迫而萎缩，再生无望

各种不同原因所形成的变化，也可能只限于节段性脱髓鞘，而轴索保持完整

周围神经损伤按Seddon的观点分为三类:①神经失用(neurapraxia);②轴突断裂(axonotmesis);③神经断裂(neurotmesis)三者的特征如下(表9-2-1):

表9-2-1三种周围神经损伤的特征

二功能评定

1.Tinal征即神经干叩击试验，是检查神经再生的一种简单方法当神经轴突再生，尚未形成髓鞘之前，对外界的叩击可出现疼痛放射痛和过电感等过敏现象沿修复的神经干叩击，到达神经轴突再生前缘时，患者即有上述感觉定期重复此项检查，可了解神经再生的进度

2.感觉恢复的测试两点辨别觉测试和皱纹测试，是检测周围神经完全损伤后感觉恢复的好方法

(1)两点辨别觉测试:两点辨别觉测试提供了感觉恢复的定量测试方法它是应用带有钝尖的卡钳测量，无疼痛感卡钳在患者皮肤上随机轻轻使用，以帮助治疗师检测出皮肤神经支配和失神经的区域远端手指辨别两点的正常距离是2~4mm，两点辨别觉大于15mm，表示触觉丧失(感觉缺失)

(2)皱纹测试:是另一项有临床意义的测试它是将患者的手浸泡在42.2℃的清水中20~30min，直到出现皱纹此时，擦干患者的手，按0°~3°分级，照相0°表示缺乏皱纹，3°表示正常皱纹皱纹测试为新近周围神经部分和完全损伤的手的逗仿神经支配，提供了一个客观的测试方法引起皱纹的生理机制还不清楚测试对外伤患者是不合适的无论如何，测试能有助于确定感觉再生的速度，提供失神经的记录图形

3.电生理学评定对判断周围神经损伤的部位范围性质程度和预后等均有重要价值在周围神经损伤后康复治疗的同时，定期进行电生理学评定，还可监测损伤神经的再生与功能恢复的情况常用的电生理学检查方法有”

(1)直流感应电检查法:通常在神经受损后15~20天即可获得阳性结果观察指标有:兴奋阈值，收缩形态和极性反应等其情况如表9-2-2

表9-2-2直流感应电刺激神经肌肉的反应

(2)强度-时间曲线检查法:通常在神经受损三天后即可获得阳性结果观察指标有:扭结，曲线的位置，时值和适应比值等正常部分失神经支配和完全失神经支配的I/t曲线形状，如图9-2-1

图9-2-1几种类型的I/t曲线

(3)肌电图检查法:将肌肉兴奋时发出的生物电变化引出放大，用图形记录出来一般可比肉眼或手法检查早1~2个月发现肌肉重新获得神经支配正常情况下，肌肉在松弛时，是静息状态，无波形出现轻收缩时呈现单个及多个运动单位电位肌肉最大收缩时，多个运动单位电位密集，互相干扰，呈干扰相周围神经完全损伤早期，其所支配肌肉可完全无电位活动2~4周后，可出现失神经的纤颤电位和正向电位，试图做肌肉收缩时，亦无运动单位电位出现神经再生后，失神经的纤颤电位和正向电位逐渐消失，恢复新生电位，少数单个运动单位电位，最后恢复运动相以至干扰相若神经长期未获再生，随山李纤着肌纤维被纤维组织所代替，失神经的纤颤电位和正向电位亦消失如果运动单位电位数量渐增，说明神经再生过程在继续;如果数量不增，则提示预后不佳，应考虑手术干预

(4)神经传导速度的测定:利用肌电图测定神经在单位时间内传导神经冲动的距离

以此可以判断神经损伤的部位，神经再生及恢复的情况既可用于运动神经也可用于感觉神经的功能评定对于周围神经损伤是最有用的一项检查正常情况下，四肢周围神经的传导速度一般为40~70m/s神经部分受损时，传导速度减慢神经完全断裂时，神经传导速度为0

(5)体感诱发电位(SEP)检查:当刺激沿周围神经上行至脊髓脑干和大脑皮质感觉区时，在头皮记录的电位，具有灵敏度高定量估计病变定位测定传导通路重复性好的优点(其具体用法参见《康复疗法评定学》)

4.运动和感觉功能恢复的评定

(1)运动功能恢复的评定(表9-2-3)

(2)感觉功能恢复的评定(表9-2-4)

表9-2-3周围神经损伤后的运动功能恢复等级

表9-2-4周围神经损伤后的感觉功能恢复等级

5.预后的预测

上述介绍的一些常规电诊断技术虽然设备技术并不复杂，但确能很好地估计预后凡直流感应电诊断和强度-时间曲线检查时呈正常反应正常曲线者，病损为神经失用症，多在3个月内恢复;如为部分变性呈部分失神经曲线，多为轴索断裂，病程恢复一般在3~6个月或更长，视轴索断裂的部位高低而定如检查结果为完全变性反应，呈完全失神经曲线则多为神经断裂或严重的轴索断裂，恢复多在6个月以上，甚至不能恢复如常规电检查结果呈绝对变性反应，表明神经及其所支配的肌肉已完全丧失功能，恢复无望，手术也无能为力但为了确诊，应在一个月内重复检查2~3次，以免因误差而造成误判

另外，也可通过临床表现预测恢复过程

(1)皮肤表现:随着水肿消退，侧支血管生长，循环系统逐渐恢复正常，皮肤的颜色和质地有所改善

(2)出现原始的保护性感觉:对疼痛温度压力和触碰的总的认识

(3)麻刺感(Tinal’s征):沿着损伤神经由远至近地轻叩，以探查恢复如果患者感觉麻刺远至假设的损伤部位，表示神经再生;如果在损伤处感觉疼痛，表示神经瘤形成

(4)发汗:随着植物神经系统副交感神经的再生，汗腺恢复功能

(5)辨别觉:更多精细感觉，如识别和定位触觉本体感觉立体觉肌肉运动觉以及两点辨别觉，在此时应有所恢复

(6)肌肉张力:随着神经再生至肌肉组织的运动终板，肌肉的软弱程度减轻，肌张力增加

(7)随意运动功能:患者首先在消除重力的情况下活动肢体，随着肌力的增加，肢体可能进行关节全范围的活动此时，可开始分级锻炼

D. 自发和诱发电生理活动之间的动态关系

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自发的神经活动波动已被证明会影响感知、认知和行为结果的变化。然而，这些波动形成刺激诱发的神经活动的复杂电生理机制仍有待进一步探索。 自发和诱发电生理活动之间的动态关系 这篇研究使用大规模脑磁图数据集和脑电图可复制数据集，考察了一系列电生理变量中自发和诱发神经活动之间的关系。研究结果发现， 对于高频活动，刺激前高振幅会导致更大的去同步诱发电位，而对于低频，刺激前高振幅会导致更大的事件相关同步。 研究者进一步将电生理功率分解为振荡和无标度分量，并且展示了每个分量的自发-诱发相关电位的不同模式，发现了自发和诱发时域电生理信号之间的相关性。这种多个电生理变量的动力学在自发和诱发活动之间的关系，对非侵入性电生理学的实验设计和分析具有启示意义。

1.前言

即使在没有特定的实验刺激的情况下，神经活动也会显示出时间和空间结构的自发波动。这种自发的神经活动与各种形式的内在认知有关，例如思维游离、自我参照加工、心理时间旅行和社会认知/心理理论。虽然自发活动通常是在无刺激的“静息状态”中进行研究的，但它在认知任务中的神经活动波动是持续存在的。最近的多项研究表明， 刺激开始前的自发神经活动可以预测或影响参与者与刺激相关的知觉，自我感知，意识，注意力，反应时间和工作记忆。 刺激前活动对行为结果的普遍影响引发了关于这种效应的神经机制的问题。 如果自发的刺激前神经活动 能够在 行为上观察 到 ，那么它必须影响大脑对外部刺激的 加工 ，从而影响刺激 开始 后的神经活动变化。 然而，目前对自发的刺激前和刺激诱发活动之间的动态关系仍知之甚少。

关于自发和诱发活动关系的脑电图(EEG)和脑磁图(MEG)研究通常侧重于刺激开始两侧的神经生理的不同方面，基于普遍的生理学变量的假设，选择刺激前活动的特定操作变量，如去同步化。纳亮段然而，在相同的电生理特征下，自发活动和诱发活动之间是否存在系统的关系，而不是通过不同的测量方法来操作这两种分量的，目前仍未可知。 例如，是否存在 一种 动态机制，通过这种机制， 刺激前 伽马功率的自发变化会影响刺激诱发的伽马反应，或者，诱发反应是否主要受更普遍的大脑兴奋和同步状态的影响？ 虽然这种自发-诱发关系已经在fMRI的BOLD信号动力学中显示出来，但从未在MEG/EEG中进行研究。这对于MEG/EEG信号的生理学解释的可行性是相当重要的。

脑电图和脑磁图提供了一个了解大量神经生理洞誉现象的窗口，并且时域和频域的分析反映了不同的潜在神经生理过程。 时域电生理信号反映了许多神经元的同步突触后电位，而频域分析允许记录如(8-13 Hz)，(4-8 Hz)和(13-25 Hz)的皮层振荡。 这些被认为反映了皮质反馈回路或神经递质相关的过程。频域键粗分析也揭示了节律性无标度活动，这与兴奋-抑制平衡和自组织临界的复杂网络模型有关。

本研究针对一组不同的电生理变量来考察自发和诱发的神经活动之间的关系，即使用 简单感觉范式的大规模脑磁图数据集 ，以及具有更 复杂的认知任务的可复制脑电图数据集 。这使研究者们能够 探索刺激前和刺激诱发的任务特异性与非特异性。 在频域中，研究者观察到多个频段中的自发和诱发功率存在广泛相关性，这一发现在不同的模式和任务中是一致的。然而，这种相关性的类型和大小在不同频段有所不同。研究者发现， 在检查纯振荡功率时，在混合功率中的自发和诱发活动的相关性在很大程度上得到了概括。 无标度活动的两个参数(标度指数和宽带偏移)也显示出自发和诱发之间的正相关关系。 在时域中也观察到自发和诱发活动之间的相关性，它们似乎是特定于任务或模式的。本研究揭示了许多常见电生理变量自发和诱发神经活动之间的不同关系。这可能 在未来有助于解释自发活动的反复波动影响认知和知觉结果的神经生理学机制。

2.材料和方法

评估自发和诱发活动之间相关性的方法。研究刺激前和刺激后活动关系的fMRI研究采用了两种不同的方法： 试次间变异性(TTV)和伪试次。 试次间变异性(TTV)利用总变异率来评估自发活动(X)和诱发活动(Y)之间的相关关系。

自发和诱发活动之间假定的相关性用r XY 表示。 由于方差始终为正，唯一可以观察到试次间变异性降低的情况是该系数为负的情况。因此， TTV的降低意味着自发活动和诱发活动之间存在负相关。 然而，三种模型中的任何一种都可以使TTV增加。研究发现，在刺激开始后，fMRI反应的试次间变异性降低，这种模式只能通过假设自发的BOLD与诱发BOLD信号之间存在负相关来解释。

最近，出现了一种更直接的方法来评估 fMRI 中自发活动和诱发活动之间的相关性。评估这种关系的一种直观方法是比较刺激前活动高/低的试次的时间过程。然而，这种方法可能会被均值回归所混淆，具有高刺激前活动的试次可能有自然地向均值回归的趋势。为了校正这一点，Huang等人将相同的程序应用于“伪试次”，即任务中没有刺激的部分。伪试次根据其“刺激前”活动（伪试次开始前的活动）的中位数分为几组：这提供了自发活动对中值分割过程反应的估计。然后 将 每个条件下的 真实 试 次 时间过程减去每个刺激 前 条件下的伪试 次 时间过程。 真实试次刺激前高和低组之间的剩余差异反映了自发活动对诱发活动的真实影响。这种方法的一个优点是，它可以 从理论上检测自发活动和诱发活动之间的正相关 ， 并将其与负相关区分开来，这是 试次间变异性 (TTV)方法无法实现的 。

数据集和实验设计

研究者使用了两个先前发表的数据集，以两种不同的成像方式来研究假设。来自剑桥老龄化和神经科学中心(CamCAN)  MEG 数据集 （可从http://www.mrc-cbu.cam.ac.uk/datasets/camcan/上获取） （文末提供了MEG和EEG数据集的网址链接，有需要的小伙伴可以去看看~） 。采用Vectorview 306通道MEG系统(Elekta Neuromag, Helsinki)记录数据。与此数据集相关的任务是一个简单的感觉运动任务，在该任务中，给参与者呈现一个多模态听觉(300 ms音调)和视觉(34 ms棋盘模式)刺激。接下来给被试呈现120个试次，试次间隔(ITIs)在2到26s之间不等。听觉和视觉刺激同时呈现，要求参与者在感知到刺激后进行按键反应。

为了验证这些结果，研究者使用了Wolff等人先前发表的 道德决策范式 的数据。在这个任务中，参与者(n = 26)会面临 天桥困境 。要求参与者通过按键来回答“是”或“否”，从而得到死亡和获救的比例。另一种外部引导条件是要求参与者简单地比较屏幕左侧和右侧的人数。为了本研究目的，研究者将这两种情况结合起来考虑。共有420个试次被纳入分析，ITI在5到6s之间抖动。

3.结果

同一参数的自发活动和诱发活动之间的关系通常可以用简单的相关性来概括： 在 正相关中，高刺激前活动 会 导致更大的 诱发 反应，而在负相关中，低刺激前活动 会 导致更大的 诱发 反应。 然而，自发活动和诱发活动之间的关系经常被刺激后时期自发活动的持续存在所混淆。因此， 在研究同一变量内自发活动和诱发活动之间的动态关系时， 只用 相关性方法是不够的。目前有两种方法可以 用于 评估自发和诱发活 动 之间的相关性 ， 即 TTV法和伪试 次 法。 对于TTV方法，TTV是计算跨试次信号的标准差： 根据总方差定律(见方法和图1c，右)，刺激后TTV的降低表明自发活动和诱发活动之间存在负相关。

另一种方法是使用伪试次法以更直接的方式计算刺激前活动的影响(图1c，左)。试次被分为两组：高于中值和低于中值的刺激前活动水平组，并且相对于基线计算刺激后的时间过程。然后，通过 从试次间隔中减去“伪试次”来校正这些时间过程（见图 1c，左） 。这可以校正具有相同初始条件的正在进行的自发波动，从而回归到自发活动的平均值。如果高刺激前活动的试次显示出比低刺激前活动的试次更大的诱发增加（或更少的诱发减少），这就是自发活动和诱发活动之间正相关的证据。相比之下，如果高刺激前活动的试次显示出比低刺激前活动的试次更小的诱发增加（或更大的诱发减少），那么，这就是负相关的证据。由于伪试次方法能够检测正相关和负相关，本研究将分析重点放在这种方法上，并且使用TTV方法来证实这些发现。

图1. 本研究主要目标和研究方法示意图

应用这两种方法来检测时域和频域信号中自发活动和诱发活动之间是否存在相关性。为此，研究者 同时使用了 MEG 和 EEG 数据集 。

频域中 的 自发 - 诱发相关 —— 因 频带 而异

使用伪试次的方法，通过比较低与高刺激前功率试次中的诱发功率来测试MEG中自发活动和诱发活动之间的相关性（图 2）。在宽带数据中，可以观察到在 刺激后200ms左右开始的低刺激前功率和高刺激前功率条件之间存在显着差异。 对于特定频段，结果显示了多个频段中刺激前功率的显着影响，包括 delta、theta、alpha、beta和低伽马波段。 使用试次间变异性法（TTV；图2b）证实了自发和诱发光谱功率之间的相关性。从图中可以观察到 宽带中TTV的早期增加和随后的下降（图 2b) 。研究者计算了不同频段的TTV。 对于theta，alpha，beta和低伽马波段，可以看到TTV（相对于刺激前期）有非常明显的下降，且在 400-500ms之间达到峰值。

图2. 在CamCAN数据集中使用伪试次方法和TTV方法评估自发功率谱和诱发功率谱之间的相关性。

时域中 的 自发 - 诱发相关 —— 方法之间的冲突

采用与功率谱相同的方法，在时域中检测刺激前和刺激后活动之间非加和关系的可能性（图 3）。 使用伪试次方法，可以观察到时域电生理信号中自发活动和诱发活动之间存在显着的正相关，这表明对于高（正）刺激前的场强比低刺激后的磁场强度更高（图 3a） 。 有趣的是， 这种影响在整个刺激后时期基本保持不变，而不是达到峰值后下降。

图3. 自发和诱发磁场强度的时域相关性，使用CamCAN数据集中的两种方法进行评估。

为了检查两种方法之间差异的可能来源，研究者进行了模拟分析（图 4）。正如材料和方法中描述的那样， 模拟自发电压和诱发电压之间的负相关，而振荡功率没有变化，以及振荡功率降低与刺激前电压和刺激后电压之间没有相关性。 研究者发现在两个模拟中，TTV 都显着降低。然而，只有在自发-诱发相关模拟中，才观察到使用伪试次方法校正刺激前的高低振幅有显着差异。这表明， 上述使用TTV方法得出的负相关结果可能会被刺激开始后alpha功率的降低所混淆 ；出于这个原因，研究者认为使用伪试次方法获得的结果反映了时域信号中的真实情况。然而，伪试次的方法也可能受到ERP信号的宽带性质的影响，这种可能性在讨论中进行了详细阐述。

图4. 解开图3中方法上出现的不一致而进行的模拟结果。

频域的自发 - 诱发相关 —— 振荡分量和分形分量

本研究的第三个目的是分别研究振荡和节律性失常、无标度活动中自发活动和诱发活动之间的关系；此外，检查这些参数中哪些参数最能解释混合数据中所观察到的效果。根据图4的结果，研究者集中分析了伪试次方法中的振荡和分形功率（使用TTV方法的结果与使用伪试次方法的结果一致）。

使用伪试次方法的结果表明， delta和theta的自发和诱发振荡活动之间呈正相关 （图 5a），以及 alpha、beta和低伽马的自发和诱发振荡活动之间呈负相关 。 此外，研究者定量比较了振荡和分形活动之间的自发-诱发相关性，发现 在 给定频带内的振荡活动通常比相同频率范围内的分形功率表现出更强的 自发 - 诱发相关性。

无标度活动可以用幂律分布来描述，幂分布为1/fβ ：这可以通过对数尺度上的线性拟合来建模。无标度活动可以用两个参数来描述： 标度指数和宽带偏移。 研究者考察了这两个参数是否与无标度活动相关。 分形活动的标度指数和宽带偏移上的自发和诱发活动之间呈正相关(图5 b)。 中央传感器上的宽带偏移的自发和诱发活动之间存在负相关，使用TTV方法达到显着性水平，但使用伪试次方法未达显着性。 该结果表明，振荡和节律性失常/分形分量对自发活动和诱发活动的正相关和负相关测量有显着贡献，而混合数据中观察到的相关主要归因于皮层振荡，而非无标度活动。

图5. 功率谱的振荡和分形分量的自发和诱发活动的关系，使用伪试次方法进行评估。

在 EEG数据集中 验证 自发 - 诱发 活动 的相关性

为了确保研究结果的稳健性，研究者在EEG 数据集中应用相同的步骤（图6和7）。该数据集包含一个对认知要求更高的范式，即Wolff等人研究中的道德决策任务。使用伪试次的方法，发现与图2中相同的自发-诱发相关模式，其中 delta显示正相关，而alpha、beta 和 gamma显示负相关（图 6a）。 然而， theta波段在EEG数据的中呈负相关，在MEG 中呈正相关。 研究者认为， theta的这种差异可能是由于波段是delta中的正相关机制与alpha和beta中的负相关机制之间的过渡段。

采用TTV法得到的结果在很大程度上证实了采用伪试次法得到的结果（图6b）。只是TTV方法在theta波段没有显示负相关，然而，这并不意味着这种相关绝对不存在。对于所有波段，用每种方法计算的效应大小是相关的（图6c）。研究者还评估了脑电图数据在时域中的自发-诱发相关性。与MEG数据类似，研究者观察到刺激后的较长时间段内TTV的下降（图7b）。然而， 与MEG结果相反，使用伪试次的方法在时域EEG数据中观察到自发活动和诱发活动之间呈负相关（图7a）。 伪试次方法和TTV方法的结果不存在相关。

 图 6. EEG数据集中自发和诱发光谱功率的相关性。

图7. 验证EEG数据集中自发和诱发EEG电压的相关性。

4.讨论

本研究考察的神经生理学变量中显示出刺激前的自发活动与刺激后的诱发活动之间存在明显的关系。 alpha和beta波段中的自发和诱发活动之间呈负相关 （刺激前高alpha/beta振幅导致更大的刺激诱发去同步化）， 而在delta波段中为正相关 （刺激前高delta振幅导致更大的刺激诱发同步电位）。而且，这种效应主要在有限频宽振荡动力学中存在，而不是在非周期性、无标度动力学中发现，尽管无标度活动也显示了标度指数和宽带偏移的自发和诱发动力学之间的关系。最后， 在时域中观察到自发 - 诱发相关性，在MEG多感 觉 任务中 ， 自发活动和诱发活动之间呈 显着 正相关，而在EEG道德推理任务中呈 显着 负相关 。

本研究首次显示了自发活动和诱发活动在不同电生理变量之间的差异，包括频带之间的差异，振荡和无标度过程之间的差异，以及时域和频域电生理信号之间的差异。未来， 这些研究可能有助于更全面地理解自发活动的波动如何影响行为和认知特征（如知觉、自我、注意和意识）的变化。 通过不同的测量方法来表征刺激前和刺激后时间段，并不能避免评估自发活动和诱发活动之间关系所面临的方法上挑战，因为脑电图指标是高度相关的，并且容易混淆：ERP成分与皮层振荡的功率和相位变化有关，熵测量与光谱功率有关，而且皮层振荡和无标度活动经常相互混淆。鉴于此，在刺激前和刺激后时间段，表面上不同测量之间的相关性可能会导致虚假效应，因为在刺激前和刺激后时间段测量的非独立性。本文利用功能磁共振成像(fMRI)来解释刺激后时期自发活动的持续存在，首次在脑电图(EEG)的不同电生理变量的动力学中探讨了自发活动和诱发活动之间的相关性。研究结果证实了自发活动和诱发活动之间的关系，并展示了感兴趣的电生理变量的持续活动和诱发活动之间的具体关系。

相同参数的刺激前和刺激后活动之间存在广泛的非加和性对脑电图/脑磁图中诱发活动的分析具有影响，基于试次的研究范式假设自发和诱发活动的线性叠加是进行任务相关神经科学研究的主要方式。本研究结果与许多其他研究结果共同表明， 忽略刺激前活动的影响，这种方法漏掉了与依赖诱发反应对刺激前和正在进行的活动影响相关的重要数据。

不同的电生理变量中自发活动和诱发活动之间存在着明显的关系—不同频带中存在着正相关和负相关。 本研究在多个电生理变量中证明了刺激前和刺激后活动之间的非加和性。对于频谱功率，MEG中的感觉活动和EEG中的认知活动，使用不同的方法（TTV和伪试次法）。这表明，在频谱功率中自发活动和诱发活动之间的密切关系适用于不同的任务和方法。 自发活动和诱发活动之间的负相关在alpha带中很明显，约刺激后400ms。与这些结果和先前的fMRI研究不同的是，在delta带中观察到正相关的时间段更早，约在200ms左右。

鉴于先前的数据显示刺激前alpha对刺激后知觉、自我和刺激意识的影响，自发和诱发alpha功率之间存在负相关是值得注意的。刺激前alpha对刺激后ERP的影响也得到了充分的研究，特别是 刺激前alpha功率可以预测P1和N1 ERPs 。 alpha一般被认为是一个抑制过程，alpha去同步化反映了抑制的释放，即反映了对“知识系统”的控制。 此外， 刺激前或预期alpha去同步化与注意分配和更好的后续知觉任务表现有关。

此外， delta带的自发和诱发活动之间呈正相关。 Delta带活动已经被证明与清醒状态下的觉醒和注意力有关，包括对p300事件相关电位的调节。 delta也被认为与默认模式网络活动的电生理学关联，是动机、觉醒和体内平衡的组成部分。 刺激前的delta带功率被证明可以预测P3 ERP成分，而P3 ERP本身也被认为反映了相位同步 ，本研究结果扩展了这一发现，表明 这种效应适用于delta功率和相位，并且不受自发活动延续到刺激后时期的影响。

不同电生理变量的时域与频域、振荡与分形动力学的自发-诱发相关性。 在MEG数据集中，自发磁场强度和诱发磁场强度在刺激前的大部分时间段内呈正相关，而在EEG中，刺激后(300~600ms)时间段内呈负相关。这可能是因为 MEG和EEG对不同的皮质源敏感度不同。 另一种可能是，任务（简单的感觉vs复杂的认知）对时域信号的影响。几个常见的ERP成分可能表现出对自发活动的依赖性。特别是， MEG结果表明，N1和P1与正在进行的活动呈现正相关，因此当电压高且膜强烈去极化时，P1振幅更大，N1振幅更正 （即，较低）。此外，EEG结果（以及去除高通滤波后的MEG结果）都表明，正在进行的活动与晚期正电位振幅之间存在负相关，这与Iemi等人（2019）的非零均值振荡框架是一致的。

最后， 本研究观察到无标度动力学和皮层振荡中自发和诱发活动之间的差异，不仅对最近观察到的振荡和无标度动力学与fMRI信号的差异关系进行了补充，而且对认知加工速度方面也具有一定的贡献。 自发活动对诱发反应的更大影响是在振荡分量中，而不是在无标度分量中，这加强了皮层振荡在刺激反应中的核心作用。

原文：Wainio-Theberge, S. , Wolff, A. , & Northoff, G. . (2021). Dynamic relationships between spontaneous and evoked electrophysiological activity.  Communications Biology , 4(1).

E. 发展心理学收集研究资料的常用方法

发展心理学收集资料的常用方法(–86)

一，观察法

观察法是研究者通过感官或仪器设备有目的，有计划地观察被观察者的心理与行为表现，并由此分析被观察者心理发展特征和规律的一种方法。观察法是发展心理学研究中最基本，最普遍的一种方法。

观察法又分为自然观察法和实验观察法。【自然观察法是指在不加任何控制的条件下，观察自然情境中被试的行为表现。实验观察法指通过实验控制设置某种情境，观察被试在特定情境中的行为表现。】

进行观察研究，首先必须进行观察设计。观察设计通常包括三个步骤，首先是确定观察内容和对象，其次是选择观察策略。(常用的观察策略有参与观察策略，血量观察策宏源桐略以及行为核查表策略等。)最后是制定观察记录表。

运用观察法研究心理发展，应当注意下列几个问题。1.对所观察的问题有基本的了解，观察目的要明确。2.尽量使被观察者放松，处于正常活动状态中，不要让他们意识到自己已成为观察者的研究对象。3.要善于记录和观察与目标行为有关的事实。4.观察者除了观察目标行为之外，其他一切有关的材料。

观察法的优点是可以在其行为发生的当时进行观察记录，能够收集行为发生发展过程中的材料，有很强的生态效度。同时观察法也有一定的局限性，比如观察资料的质量，在很大程度上受到观察者本人的能力水平，心理因素的影响。同时比较费力费时。

二，访谈法

访谈法是蔽坦研究者通过访谈对象进行口头交谈，了解和收集其心理特征和行为的数据资料的一种研究方法。

访谈法的基本过程是主是先确定一个谈话的主题或者一个实验任务，然后根据被试的表现或反映，通过问题的形式与其进行深入的交谈，从而确定被试对谈话主题或实验任务的认识。

访谈法的最大特点在于整个访谈过程是访谈者与访谈对象相互影响，相互作用的过程，所以在访谈中，访谈者应争取掌握访谈过程的主动权，积极影响访谈对象。尽可能使研究按照预定的计划开展。访谈法的另一个显着特点是它具有特定的研究目的和一整套设计，编制，实施的原则。

在发展心理学的研究中，访谈者在进行访谈时应注意以下几个问题。1.访谈前，除了要充分熟悉访谈的内容，还要尽可能了解访谈对象的背景情况，根据研究对象的年龄裂悄特征与语言发展水平，选择语言表达方式，选择合适的时间和地点。2.不同年龄的个体与陌生人交往时各有特点。因此，访谈者应先接触个体，消除其陌生感，建立起合作友好的交谈气氛。3.访谈记录的方式也应该适合不同年龄被试的心理特点。

三，问卷法和测验法

问卷法是研究者使用统一、严格设计的问卷，来收集被试心理与行为数据资料的一种研究方法。而测验法是用测验量表来研究被试心理发展规律的一种方法。即采用标准化的题目，按照规定程序，通过测量的方法来收集数据资料。

我们可以把测验法看成是一种更加标准化的问卷形式，同时它不再局限于文字形式，还可采用非文字形式，如操作的方式。

1.问卷法

运用问卷法进行研究时，使用的是经过严格设计的具有固定结构的问卷，因此结构化程度较高，避免了研究的盲目性和主观性。问卷法的一个特点是能在较短的时间内收集到大量资料。

问卷法应用于发展心理学的研究，需要特别注意以下方面的问题。

第一问题是问卷的核心。【在设计问卷时，设计者除了考虑问题的类别外，还要注意研究对象的年龄特征。例如个体的阅读能力如何，能否读懂问题，问卷中试题的数量是否适合年幼的儿童等。】

第二，问卷中试题的内容应是研究对象熟悉的。

第三，对于书写能力有限的，被试问卷的形式应以封闭式为主，开放式为辅。

第四，研究者应注意社会称评效应及注意研究对象，可能因为某些思想上的顾虑，在填写问卷时不是按照自己的真实情况填写，而是根据社会的赞许性来填写。【这是比较难以避免的，因为人有趋利避害的心理】问卷法匿名性强，能够获得被试较为真实的回答。

2.测验法

国内一些比较好的用于心理发展研究的测试量表：中国比奈测试；韦克斯勒智力量表；瑞文测验；中国儿童和青少年认知能力测验。中国儿童和青少年学业成就测验。卡特尔16种人格因素问卷。

测验量表的编制十分严谨，结果处理方便，量表有现成的长模，可以直接进行对比研究，量表的种类较多，可以适应不同研究目的的需要。不足之处是灵活性差，对主事的要求较高，结果难以进行定性分析。

四，心理生理学方法

1.电生理测试方法。神经系统活动时，我们可以在体表或者神经上记录到电信号，这种电信号为我们推出个体心理活动的生理机制提供了直接的证据。脑电图，脑磁图及多导生理记录仪是记录电生理信号的有效技术。

2.磁共振成像。磁共振成像是利用人体中的氢原子在强磁场内受到脉冲激发后产生的核磁共振现象，经过空间编码技术把在核磁共振中散发的电磁波以及与这些电磁波有关的质子密度，流动效应等参数接收转换，通过计算机的处理，最后形成图像。【这个核磁共振与医院进行的病理性磁共振有相似的地方，但是研究目的不同。】

3.功能性近红外光谱成像。功能性近红外光谱成像是一种新兴的非侵入式脑功能成像技术，近年来在认知神经科学研究以及临床医学领域中均得到了广泛应用。

4.经颅磁刺激。经颅磁刺激指通过高强度，快速变化的磁场在皮质上产生局部感应电流来兴奋或抑制皮质神经元的活动，形成暂时的，可逆的，虚拟性损毁的技术。

5.指标的测量技术。人老不仅具有电信号传导系统，还具有化学信号传输系统。

【技术的运用，科技的发展，使发展心理学的研究方法更加多样。在进行发展心理学研究时，研究者可以采用多种方法根据研究的需要，综合运用，获得全面，丰富，客观的数据资料。我在读第五种“心理生理学方法”时感到犹如天书，对于这些专有名词和科学技术，除了赞叹和感叹，更多的是不明白具体操作方法。】

F. 发展心理学收集研究资料的方法

发展心理学收集的资料包括被试的外部表现，内部心理状态以及生理状态（个体大脑活动的生理指标）。

常用方法包括观察法，访谈法，问卷法和测验法，心理生理学方法等。

一、观察法

通过感官或仪器设备，有目的，有计划的观察被试的心理和行为表现，由此分析被试的心理发展特征和规律。分为自然观察法和实验观察法。

观察法是发展心理学研究最基本、最普遍的一种方法，早期研究大多采用。达尔文的《一个婴儿的传略》，陈鹤琴的《儿童心理学之研究》等，主要通过观察法收集资料。

观察研究必须进行观察设计（确定内容和对象；选择观察策略一一参与观察策略、取样观察策略及行为核查表策略；制订观察记录表。）

观察法要注意目标要明确，尽量使观察者放松，处于正常活动状态，善于记录与目标行为有关的事实，分析被观察者其他一切有关资料。优点是能及时记录，有很强的生态效度。局限是受观察者能力水平，心理因素影响，花费的人力、物力和时间较多。

二、访谈法

皮亚杰创立的方法就是访谈法，他正是用了这种方法，在儿童认知发展研究中取得举世瞩目的成就。研究者通过与访谈对象进行口头交谈，了解和收集其心理特征和行为的数据。

访谈法的最大特点在于整个过程是访谈者与访谈对象相互影响、相互作用的过程。比观察法获得有关访谈对象更多、更有价值、更深层的心理活动和心理特征等方面的信息，更复杂，更难以掌握。

访谈法以被试对语言的理解与表达为基础，应注意：访谈前了解访谈对象的背景、年龄特征、语言发展水平、语言表达方式，合适的时间和地点；和不同人建立合作友好的交谈氛围；适合不同年龄，可以用摄像机记录。

访谈法的优点是能针对性的收集研究数据，适用于有口头表达能力的不同文化程度的对象，比问卷法更高效。局限性是访谈结果的准确性、可靠性受访谈者自身素质影响；较费时费力；访谈资料不易量化；访谈效果受环境、时间和方法对象特别的限制。

三、问卷法和测验法

问卷法是使用统一严格设计的问卷，收集被试心理与行为数据的方法。测验法是使用测验量表研究被试心理发展规律的方法。不同之处在于，测验法使用的是标准化量表信度效度高，有标准化的施测、记分和解释程序。

1.问卷法使用经过严格设计的具有固定结构的问卷，避免了研究的盲目和主观，能在较短时间收集到大量资料，便于定量分析，可以借助计算机进行，不仅方便而且准确，在发展心理学的研究中有广阔的应用前景。

问卷法使用时应注意：问题是问卷的核心，设计时要考虑对象的年龄特征；问题应是研究对象熟悉的；对书写能力有限的被试，以封闭式为主，开放式为辅；注意社会称评效应。

问卷法的缺点是对被试的言语发展水平有一定要求，不适于年幼被试；回答可能带有一定的主观性，需要加以佐证。优点是：内容客观统一，结果处理分析方便，节省人力、物力和财力，取样较大，有助于描述一个整体的性质，匿名性强，能得到较为真实的回答，可以问不便当面询问的问题，如内心情感、动机问题等。

2.测验法中常用的是标准化的测验量表，得分与常模对比，能清楚的了解被试的发展水平。既可以测查心理发展的个别差异，也可以用于了解不同年龄段被试心理发展水平的差异。

国内常用的教好的测量量表有：中国比奈测验，韦克斯勒智力量表，瑞文测验，中国儿童和青少年认知能力测验，中国儿童和青少年学业成就测验，卡特尔十六种人格因素问卷，画人测验，中小学生团体智力筛选测验，托兰斯创造力测验，超常儿童认知测验，丹佛发展筛选测验，艾森克人格问卷，明尼苏达多相人格量表，808精神类型测验等。

测验法的优点是编制严谨，结果处理方便，有现成的常模，可以直接对比研究，量表种类较多，适应不同的要求。不足是使用灵活性差，对主试的要求较高，结果难以定性分析，被试成绩也受练习和测验经验的影响。

四、心理生理学方法

研究者用精密的仪器设备，间接观察个体神经系统的结构和功能。

包括电生理测量方式，脑功能成像方法，经颅磁刺激和生化指标测量技术。

1.电生理测量方法：脑电图，脑磁图及多导生理记录仪是记录电生理信号的有效技术。

2.磁共振成像：利用人体中的氢原子在强磁场中受到脉冲激发后产生的核磁共振现象，经过空间编码技术，把在核磁共振中散发的电磁波及相关的质子密度，流动效应等参数接收转换，经过计算机处理，形成图像，获得激活脑区的功能图像。

磁共振研究主要集中在下面几方面：功能性磁共振研究、结构性磁共振研究、纤维追踪研究和静息态磁共振研究。近年来静息态磁共振研究发现，阿尔茨海默病及精神分裂病患者脑功能网络的集群系数降低，最短路径长度变长，“小世界”属性降低，提示患者脑功能失整合。

3.功能性近红外光谱成像，是一种新兴的非侵入式脑功能成像技术，在认知神经科学研究及临床医学领域广泛应用。仪器设备操作简单，生态效度好，对头动鲁棒性强，能实现高时间分辨率（10-100赫兹）下的数据采集等，档，为脑功能研究提供了一种安全有效的成像方式。

研究主要集中在三方面：发展认知神经科学研究，如新生儿的语言研究和认知老化的脑功能研究；临床研究，有多动症，阿尔兹海默病，帕金森症等；静息态研究不同年龄的婴儿的大脑发育。

4.经颅磁刺激：通过高强度快速变化的磁场在皮质上产生局部感应电流，来兴奋或抑制皮质神经元的活动，形成暂时的、可逆的“虚拟性损毁”的技术，可以用于以下的方面研究：视觉，躯体感觉，语言，情绪等。出于安全考虑，用于儿童发展的研究相对较少。

5.生化指标的测量技术：关于大脑功能的生化研究进入了分子功能与神经生物化学阶段，出现了许多收集大脑生化活动的新手段和新设备，如脑血流图技术，同位素标定2-脱氧葡萄糖技术，神经递质的染色标定技术等。

除此之外，还有一些记录身体感知觉活动的方法，例如眼动记录仪等。

现在心理学的研究方法多样，不应孤立采用一种方法，应根据需要综合采用多种方法以获得全面、丰富客观的数据资料。

G. 重磅综述：人类电生理的脑连接组学

脑连接组学是一门快速发展的神经科学子学科，可以用来从宏观尺度上检查不同脑区之间的功能和结构连接关系。研究表明，功能性磁共振成像中常见的规范脑连接网络实际上植根于电生理过程。电生理学研究将为分层大脑网络中的信息整合提供可测试的机制模型。总之，电生理学包含一组交叉科学技术和方法，可提供对大脑系统神经动力学的探索。原则上，它们可以就功能通信如何在大脑网络中以生物学方式实现提供独特的见解，从而在广泛的时间范围内实现复杂的行为 。 此综述的目标是解释电生理学方法与连接组学研究之间的相关性。

1  简介

脑连接是神经科学中一个年轻而快速发展的分支学科，它已经改变了人类的大脑图谱。 连接组研究起源于21世纪初的核磁共振，在图论等数学工具的推动下，旨在提供对健康和疾病中大脑结构和功能的综合分析 。 电生理功能连通性可以定义为一组描述“跨低级别网络的高级别耦合”的指标。低水平网络是由相互连接的细胞组成，分布在1厘米或更大的皮质上--这种空间尺度在整个大脑中随局部细胞密度、区域深度和该区域内电流的主要方向而变化。因为这种局部回路在功能上是相对同质的，所以我们猛衡把它们称为“大脑区域”。高水平的耦合构成了这些局部区域之间的信号相互作用。这些相互作用的区域相隔的距离基本上大于网络中每个区域的空间范围，它们构成了本文提厅知隐及的高级网络。

电生理技术是历史上第一个测量大脑活动的技术，在基础(人类和动物研究)和临床神经科学中仍然是最容易获得和发表最多的技术。它们由非常多样化的方法组合而成，这些方法随着几十年来传感和计算技术的进步而演变。 它们的特殊优势是：1) 直接评估神经活动的能力，对比间接代谢信号；2) 毫秒级的时间分辨率；3) 从单个细胞到整个大脑的多空间尺度记录；4) 通过神经刺激确定因果效应；以及5) 便携式、可移动仪器的可用性、成本效益和数据质量的日益增长 。

总扮厅而言之，电生理学包括一套交叉的科学技术和方法，为研究大脑系统的神经动力学提供了独特的途径。原则上，它们可以对大脑网络中如何在生物学上实现功能性通信提供独特的见解，从而在广泛的时间范围内实现复杂的行为分析 。 我们在这里的目标是解释为什么这些独特的特性使电生理方法特别适用于脑连接组研究。

2 电生理连接的度量

2.1 电生理数据类型

大脑区域之间的电生理高级连接的测量必须提供 1）高保真度，即足够的信噪比（SNR），以准确表征来自不同大脑区域的信号之间的统计依赖性；2) 足够的空间分辨率，以确保区域之间的连通性估计不会因从一个区域到另一个区域的虚假信号交互（“泄漏”或“串扰”）而显着降低。考虑到这两点，电生理测量可以分为两类：

(1)    非侵入性方法 包括脑电图 (EEG) 和脑磁图 (EMG)。前者测量大脑中波动电流产生的头皮表面的电位差，后者测量相同电流波动产生的相应磁感应。

(2)    侵入性测量 通常统称为颅内脑电图 (iEEG)，范围从皮层电图 (ECoG)到更深结构的深度电极。电极参考位置的选择通常决定了进行测量的神经元群体的大小。测量结果通常反映了来自皮层锥体细胞 (类似于MEG/EEG) 的 LFP，这些细胞总和超过了数千个神经元。

由于颅外传感器远离脑源，脑磁图和脑电图具有较低的信噪比（尤其是在高频下）。与EEG相比，MEG提供更高的空间精度，因为它对头部组织的几何形状和电导不太敏感。MEG也不太容易受到生物伪影的影响。然而，MEG 的购买和运营成本也更高，因此更难获得。传感技术的重大进步有望提供新的、更灵活和负担得起的 MEG 仪器，这些仪器最近被证明对连通性测量有效。

2.2 电生理信号连通性评估方法

从广义上讲，电生理连接指标可以分为两类，频带内和频带间。目前流行的两类频带内连通性度量：固定相位关系和幅度相关度量。这些不同的技术被认为可以深入了解两种不同的功能连接模式。对于频带间测量，存在三种典型的技术系列：相位-相位、幅度-幅度和相位幅度耦合，后者是最常用的 。 图1中展示了常规的基于生理电信号的脑连接构造步骤。     

图1处理电生理数据以得出电生理连接组测量的基本方法

与所有类型的生物信号分析一样，对电生理连接的最大威胁源于数据质量的固有限制，最值得注意的是空间分辨率和信号泄漏有关——尤其是对于 MEG/EEG。近年来，已经引入了可靠且稳健的方法来减轻泄漏。其中大多数依赖于这样的想法，即泄漏必然表现为具有零时滞的信号之间的关系。在探测信号之间的固定相位关系时，可以轻松消除这种零滞后效应——例如，仅采用相干计算的虚部，或通过使用相位滞后指数。除了上面定义的一类指标，研究者还开发了许多有向指标，例如格兰杰因果、部分定向相干性和动态因果建模。 这些指标利用电生理测量的高时间分辨率来推断两个区域之间信息流的平均（在某个时间窗口内）方向。

2.3 面向动态时序连接

上述连接性度量通常应用于许多分钟或几个小时的数据，并且被称为“静态”连接体。事实上，情况并非如此，因为大脑必须在快速(毫秒)的时间尺度上持续形成和分解网络，以回应不断变化的认知和行为需求。

2.3.1 滑动窗方法

在最简单的层面上，动态连接可以通过“滑动”窗口计算。一个关键点是这种技术提供的效用取决于窗口的长度。反过来，这取决于人们在多大程度上可以在短时间内获得可靠的连通性度量，而这本身取决于信号中自由度的数量。一个信号的时间自由度 n  = 2 Bw D ，其中 Bw 是信号带宽， D 是窗口的时间宽度。虽然fMRI信号的带宽为~ 0.25 Hz，但电生理信号的名义带宽至少为100 Hz。这意味着，在电生理学中，基于滑动窗口的连接测量的时间窗口比fMRI短约400倍。这反过来又使电生理学成为动态功能连接测量的首选技术。在实践中，电生理信号在不同波段包含不同的特征，人们通常会考虑计算窄带信号(如alpha、beta、gamma波段)的连通性。这意味着fMRI在时间分辨率上的改善并没有那么显着。然而，即使对于最窄的波段(例如8-13 Hz alpha波段)，带宽仍然保持在5 Hz，在时间分辨率上比fMRI至少提高20倍。

然而，尽管电生理信号的带宽很高，滑动窗口宽度的选择仍然是一个有趣问题。人们真的希望窗口宽度与大脑中网络波动的时间尺度相匹配。然而，在实践中，这几乎肯定是未知的，并且可能在实验过程中发生变化。同样，对于不同的网络，它可能是不同的，随着年龄或参与者的病理状态而变化。也有可能，连通性波动的时间尺度可能太短，无法有效测量窗口内的连通性(例如，对于alpha波段，1秒的窗口，与认知加工相比仍然很长，只包含10个自由度)。由于这些原因，虽然滑动窗口仍然是一个有用的和概念上直接的工具，但很可能其他方法可以更好地利用电生理学提供的高时间分辨率。

2.3.2   除滑动窗方法之外

许多技术试图“时刻”检查连通性，即在电生理时间过程中获得每个样本的功能连通性估计。一种可用的技术是相位差导数 (PDD)。简而言之，PDD探测固定相位关系的存在，采集来自远端区域的信号的瞬时相位，并随时间测量它们之间的差异。如果差分导数为零，则暗示瞬态固定相位关系。近年来，基于隐马尔可夫开发的一种技术能够回避窗口问题。该方法假设电生理数据由一系列相互排斥的隐藏“状态”控制。这意味着在任何一个时间点，大脑都可以说是处于一种特定的状态。在未平均或静止状态中，PDD和类似指标往往是不稳定的，并且最终会在时间窗口上取平均值，这最终导致滑动窗口面临同样的问题。然而，在基于任务的研究中，假设相同的实验范式重复多次，PDD 可以在试验中平均。

一种基于隐马尔可夫建模的技术（HMM）能够回避窗口问题。迄今为止，该技术主要应用于MEG，但最近的论文已将其用于EEG和fMRI。HMM假设电生理数据由一系列相互排斥的隐藏“状态”控制。这意味着在任何一个时间点，大脑都可以说是处于一种特定的状态。在最简单的形式中，HMM可以描述单个电生理时间过程中的状态。每个状态都可以用电生理数据的高斯分布来描述。使用这种无监督的方法，大脑何时进入或离开特定状态的识别是自动化的。因为 HMM以数据驱动的方式自动选择时间窗口。

3  利用正在进行的电生理活动来定义电生理连接组

许多常见的电生理分析本身无法提供对大脑行为关系的全面机制理解。电生理测量通常重复多次，并且在试验中对数据进行平均，以检测相对于“基线”参考期的可能影响 。 在大多数电生理研究中，基线被丢弃，将持续的大脑动力学视为“噪音”。在这里，我们主张充分利用，而不是“纠正”，正在进行的神经过程及其空间组织对电生理记录的贡献。与任务相关的连通性变化通常将正在进行的电生理过程视为“噪音”。 同样重要的是，研究少数与任务相关的传感器的选择方法忽略了电生理数据的分布式空间组织 。 3.1小节详细阐述了正在进行的电生理活动的空间组织（即跨区域对的连接强度的全脑模式），并讨论其行为意义。3.2小节简要回顾了有关正在进行的活动动态的最新证据。

3.1  持续的电生理活动具有内在的时空组织

3.1.1 颅内电生理学中的内在空间组织

尽管颅内研究通常缺乏全面描述内在连接网络所需的全脑覆盖，但个别研究证实了特定内在连接网络的存在 。 一项研究报告表明，在所有规范频带中，组级 fMRI 连接组与汇集的全脑ECoG连接组之间存在适度的关联。值得注意的是，尽管许多寻求与 fMRI 衍生的功能连接相似性的研究都集中在高伽马功率的缓慢共波上，但上述研究扩展到其他振荡频率的幅度耦合以及振荡相位的测量。总之，人类 iEEG 研究提供了关于存在跨振荡频率和连接测量的持续电生理连接的内在空间组织的信心，并且还为 fMRI 中经常报告的空间网络组织提供支持。

图2 电生理数据中内在的全脑连接组织。A)在源空间MEG幅度耦合中通过基于种子的连接观察到的感觉和运动的内在脑连接。光谱图（右）表明alpha和beta波段振荡对这些内在网络的贡献很大；B) MEG中特定频带的振荡幅度的内在脑连接（显示了四个作为示例），包括感觉/运动以及高阶网络；C)连接强度在 fMRI 和颅内电生理学（ECoG 幅度耦合）之间存在空间关联。对于所有频段，这种相关性的强度约为 0.35；D）在 fMRI 和同时记录的头皮脑电图（相位耦合）之间观察到类似的连接强度的空间关联。左侧散点图显示了 beta 波段的示例，其中每个数据点来自连接组的一个区域对，平均跨受试者中以相似的效应大小重现。

3.1.2 颅外电生理信号的内在空间组织

有了对内在空间组织建立的信心，我们转向全脑连接组的MEG和 EEG 源空间研究。许多 MEG 幅度耦合研究为使用基于种子的相关性提供了感觉和运动趋同的证据。虽然其中一些研究使用宽带信号，但那些专注于不同频段的研究通常报告 α 和β 频段在反映 内在脑连接方面占主导地位。此外，虽然幅度耦合一直是MEG 静息状态连接组研究中更常用的连接模式，但 MEG 相位耦合显示出由内在脑连接锚定的类似空间分布。 尽管与 MEG 相比，EEG 对体积传导的敏感性更强，但 EEG 同样有力地反映了连接组的内在空间组织 。

图3 功能网络的毫秒动态。A）应用于静息状态MEG的隐马尔可夫模型(HMM)提取数据。每个状态都由特定的地形决定。这些状态图类似于fMRI通常观察到的典型内在连接网络 (ICN)。B）与 HMM 状态相关的时间尺度显示在面板A中；C)“重放”是大脑自发地重新审视最近获得的信息以例如巩固记忆的过程。这些重播事件与特定 HMM 状态发生概率的改变有关。左图显示了“重放”事件期间 HMM 状态发生概率的变化。右侧的地图显示了在回放期间更有可能表达的四个大脑网络，其中包括默认模式和顶叶阿尔法网络。

3.1.3 跨认知状态的内在电生理连接组的稳定性

大规模连通性的内在空间组织的一个关键特征是其认知上下文的相对独立性。这种对认知环境的不敏感性在fMRI中得到了很好的量化，表明大脑的fMRI 衍生的时间平均连接组组织的特定任务变化很小。然而，与 BOLD 信号的非周期性慢速波动相比，基于振荡的功能连接可以很好地支持认知过程所需的数十到数百毫秒的快速时间尺度上的远程通信。这种能力是否会导致认知环境对电生理 FC 组织进行更强的重构？诸如上述讨论的电生理连接组研究通常侧重于无任务静息状态，很少有电生理连接组研究定量比较认知状态。

一项这样的研究分析了不同唤醒水平和日常活动的一天 iEEG 记录。源自 100秒和更长周期的幅度和相位耦合在昼夜循环中显示出一致的空间组织。一项使用传感器级脑电图的相关研究确定了振幅和相位耦合组织在不同睡眠阶段和觉醒的高度空间相关性。源空间中的EEG研究表明，在对不同任务（静止状态、视频观看和闪烁光栅）进行几分钟计算时，相位耦合在空间上是一致的，并且跨频带具有相似的模块化组织。相位和幅度耦合揭示了跨认知状态的高度相似、很大程度上与状态无关的空间分量。这种空间组织在所有频带之间共享。

总的来说，这些研究表明，功能连接的空间组织在认知状态（包括觉醒水平、静息清醒和具有不同认知需求的任务期）上基本稳定，即它本质上主要是内在的。该组织在很大程度上也是跨频段共享的。因此，电生理连接组的动态变化，包括那些自发发生的、由任务环境引发的或由刺激引起的变化，应该根据相对稳定的内在组织的信息偏离来研究 。

3.2 持续的活动在快速的时间尺度上动态变化

连接性随时间变化的现象已得到充分证实。虽然连接的静止状态波动很明显，但有时很难（甚至不可能）将这些波动与行为联系起来 。 奥尼尔等人使用滑动窗口来演示电生理连接如何随着运动任务而变化。这项工作采用了一种基于典型相关性的方法，能够检测感觉运动系统中的“子网络”。Neill 等人使用 6 秒滑动窗口测量了完整的连接组矩阵，并展示了 Sternberg 工作记忆任务期间网络的形成和分解。 这些研究开始表明，功能连接的完整动态方法为任务诱发动力学提供了新的见解 。

使用隐马尔可夫模型可能会消除滑动窗口（和类似）方法的局限性 。 在 Baker 等人的早期论文中，这种方法被用来揭示大脑状态的复发，这些状态被证明存在于几百毫秒的时间尺度上。Vidaurre 等人表明可以从正在进行的电生理数据中提取规范的 ICN（运动、视觉、默认模式）。重要的是，这些网络再次被证明可以在快速（<100ms）的时间尺度上进行调制。这些研究表明，规范ICN的表达可能会在比以前想象的更快的时间尺度上发展。

测量网络动力学毫秒波动的能力引出了一个问题，即是否可以使用相同的方法来理解电生理数据的持续时空特征如何与任务相交 。 Higgins 及其同事最近的工作解决了这个问题。作者使用 HMM 来模拟自发记忆“重放”期间的网络波动。回放是与特定项目相关的神经活动自发启动以巩固记忆的过程。回放事件通常在默认模式和顶叶 alpha 网络的激活期间选择性地发生——这两个网络已知与内向注意力相关。 这些发现提供了迄今为止最清晰的指示，表明正在进行的电生理网络活动如何被动态和选择性地调节以支持认知处理 。

综上所述，电生理学为以毫秒级时间和高空间精度标测动态连接体提供了最佳途径。结合对神经生理学相互作用的有意义的测量，它有助于更好地表征静息状态无任务数据。此外，电生理学还有助于更深入地理解任务诱发事件与正在进行的大脑活动之间的关系 。

4  有意义的电生理信号的频率带宽是多少？

电生理信号的毫秒级分辨率是他们最大的神经科学资产。信息论的一个主要结果是，信号分量以采样频率的一半的速度演化，就可以传达有意义的内容。当前电生理学硬件的数字化采样率可以高达每通道几十kHz。这是否意味着高达10kHz的大规模大脑信号波动传达了对识别连接组相互作用有意义的信息位 。

在特定环境中测量特定生物系统的每一种仪器都容易受到噪声的影响。噪声表征经常被随便忽视，因为它具有挑战性或根本不切实际。在我们的领域中，MEG系统最适合仔细表征环境和仪器噪声条件。运行“空房间”测量确实被认为是一种很好的做法，即在每个实验会话周围没有参与者在 MEG 传感器阵列下的情况下，以捕获可能在会话之间发生变化的噪声条件的导数，此类“干”数据运行有助于表征技术本底噪声及其频谱时间结构。

对于EEG，“空房间”条件是不切实际的，因为电极信号需要直接接触导电介质，即头皮或精心制作的导电体模设置。因此，截止频率和采样率通常是特殊定义的，通常设置在数百赫兹的范围内。这既不完全严谨也不令人满意，而只是举例说明了实验神经科学的某些方面如何仍然受到实践的指导。

考虑1 kHz采样的数据，这是该领域常见的范围。因此，理论上可用于信号分析的最大频率为500 Hz，实际上约为 250-300 Hz，这通常由仪器的附加抗混叠硬件滤波器强加。一个 250Hz 的大脑信号频带代表了一个由慢到快波动的广阔领域，以表征 电生理连接 组。从电气工程的角度来看，电生理数据因此被认为是 宽带 信号。有经验证据表明，头皮和皮质记录可以捕获与复杂的人类行为或临床症状有意义相关的快速（高频）信号。例如，外部感觉信号的神经夹带是一种强大的实验方法，可以通过在高达100 Hz左右的快速频率下特别提高它们的信噪比。刺激事件也可以诱发100 Hz以上的高频振荡突发并且由癫痫脑自发产生。这种快速信号是否在大脑网络的区域间通信中发挥作用是一个积极研究的问题。

总之，宽带信号可以实现丰富多样的信息通道。这意味着神经信息位可以通过不同的信息通道（例如限制在窄频带内的振荡信号）和/或通过更复杂的信号编码形式（例如相位幅度、交叉频率）在区域之间并行传输互动或以上所有。这些考虑对于产生可测试的机械假设以理解定义功能连接组的电生理信号相互作用的性质具有深远的意义 。

5  总结

本文总结了跨电生理学和功能磁共振的连通性在空间和时间上的收敛，它们不受逆问题的影响。我们还强调了电生理连接与个体内部和个体之间的行为的关联，以及与认知过程（如记忆巩固）相关的快速时变连接动力学，这些进一步支持了源定位电生理连接的重要性。使用血流动力学信号在很大程度上无法获得如此快速的连接组状态变化。此外，电生理和功能磁共振连接可能反映部分不重叠的神经和生理现象。功能性磁共振被概念化为由血流动力学反应平滑的电生理活动。然而，经过优化以在快速或慢速时间尺度上进行通信的神经群体和神经束可能分别通过电生理和功能磁共振测量得到更大的权重，并且功能磁共振连接可能容易受到跨区域血管需求的影响 。

最后，我们认为全脑电生理连接组学是基础和临床神经科学研究的机会。我们希望当前的观点和立场能够激发人们的信念，以充分利用人类大脑的分布式持续电生理中未知的财富。

参考文献：

Connectomics of human electrophysiology

H. 什么是视觉电生理

人眼视网膜行孙雹受到光或图形刺激后，在视细胞内引起光化学和光电反应，产生电位改变，形成神经冲动，传给双极细胞、神经节细胞，经视神经、视交叉、视束凯仔、外侧膝状体、视放射终止于大脑皮质的距状裂视中枢。这个过程可用电生理学方法记录下来。视觉电生理是对视网膜至视中枢功能的系统检查法。它能用客观无损的方法测量人类档帆视觉功能。