上海交通大学：《从脑到行为》课程教学资源（讲稿）脑的节律（癫痫）

Phineas Gage与情绪 粗野的语言 反复无常、犹豫不决 ● 固执、没有耐心 不能执行自己制定的计划 0 认知能力正常 Neocortex Fornix Neocortex Emotional coloring Cingulate cortex Cingulate Emotional experience cortex Anterior nuclei of Anterior nuclei Hippocampus thalamus of thalamus Hypothalamus Fornix Hippocampus Hypothalamus Emotional expression 1

1 Phineas Gage与情绪 • 粗野的语言 • 反复无常、犹豫不决 • 固执、没有耐心 • 不能执行自己制定的计划 • 认知能力正常

脑的节律 ·地球的节律 - 季节、昼夜、气温、降雨（雨季、旱季）、潮涨潮 落； ·脑的节律控制系统 一适应环境、有效的竞争以获得生存： -生理性昼夜戒律(circadian rhythums),睡眠和觉 醒 一睡眠周期和大脑皮层的电节律 一呼吸节律 一行走步伐 2

2 脑的节律 • 地球的节律 – 季节、昼夜、气温、降雨（雨季、旱季）、潮涨潮 落； • 脑的节律控制系统 – 适应环境、有效的竞争以获得生存； – 生理性昼夜戒律（circadian rhythums），睡眠和觉 醒 – 睡眠周期和大脑皮层的电节律 – 呼吸节律 – 行走步伐

脑电图(EEG) Cz Pen recorder Right A2 Amplifier F3 之一* Fp2 F CA F3 Ca P3 O F7 T3- 50uV 1 sec Left 一组同步记录的曲线，反映了相应电极对之间的电流变化； 不能告诉我们这个人在想什么，但是能让我们知道他是否在进行思 考； 高频低幅表示警觉和觉醒、低频高幅表示无梦状态下的睡眠或者病理 状态下的昏迷。 3

3 脑电图（EEG） • 一组同步记录的曲线，反映了相应电极对之间的电流变化； • 不能告诉我们这个人在想什么，但是能让我们知道他是否在进行思 考； • 高频低幅表示警觉和觉醒、低频高幅表示无梦状态下的睡眠或者病理 状态下的昏迷

EEG的原理 Amplifier EEG EEG electrode Scalp Skull Dura mater ·锥体神经元树突突 Arachnoid Subarachnoid space 触兴奋时的电流 Y Pia mater Active synapse Afferent axon 8 Efferent axon 4

4 EEG的原理 • 锥体神经元树突突 触兴奋时的电流

神经元兴奋的同步性决定振幅 Irregular EEG electrode ① ② ④ ⑤ ⑥ Sum=EEG (b) Synchronized ① 6 3 ④ 5 ⑥ Sum=EEG (a) (c)

5 神经元兴奋的同步性决定振幅

EEG节律 Time (sec) Blink artifacts 345 2 6 8 9 w-wwhwwwhwrywhin Electrode Alpha rhythms Beta rhythms positions ·B节律：>14Hz,皮层的兴奋状态； a节律：8-13Hz,安静的觉醒状态；（睁眼→→α节律被抑制） 0节律：4-7Hz,睡眠时出现； ·6节律：<4Hz,振幅大，深度睡眠时出现。 6

6 EEG节律 • β节律：> 14 Hz, 皮层的兴奋状态； • α节律：8‐13 Hz，安静的觉醒状态； （睁眼→ → α节律被抑制） • θ节律：4‐7 Hz，睡眠时出现； • δ节律：< 4Hz，振幅大，深度睡眠时出现

清醒 EEG of awake human Eves open Eyes cosed 1=+2 2+3 34 15 1+6 57 7-0 3+5 wmwmwwhmwownmimmn +10 11 +12 mwcnw 13 /mi-miwmymcn =14 15 4 16 13 人 丁1o0V 15 7

7 清醒

同步化节律的产生 指挥家和乐队：起搏器 所有成员的集体行为 8

8 同步化节律的产生 指挥家和乐队： 起搏器 所有成员的集体行为

振荡(oscillation)的形成 Constantly active I cell Ecell excitatory input Excitatory axon firing pattern Ecell firing pattern One I cell cycle firing pattern 9

9 振荡（oscillation）的形成

丘脑的节律细朐 Stimulus current 至 +30 ·在某些睡眠状态下， -60 丘脑的神经元针对外 200 600 10001400 1800 Time (msec) 部输入进行有节律的 (a) 发放动作电位。 +30 0 -30 -60 (

10 丘脑的节律细胞 • 在某些睡眠状态下， 丘脑的神经元针对外 部输入进行有节律的 发放动作电位