北京神经科学学会征文展成果！跟随小陈探索神奇脑电波奥秘

留学推荐2025-09-11 21:05:08佚名

为传播神经科学最新进展，北京神经科学学会组织了“认知中枢”科学文章竞赛。赛事征集到众多由科研人员、医护人员及医学爱好者创作的投稿，通过专家委员会的严格筛选，依据学术价值、新颖程度及大众易懂性等标准，挑选出部分获奖作品，供大家欣赏，共同领略神经科学的非凡之处，目睹神经医学探索的突破性成果。

脑电波，是洞悉大脑运作的一扇关键窗口。让我们跟随医学生小陈的视角，去研究脑电波，了解这个既奇妙又难解的“大脑电活动”，明白其内在的科学机制与实际用途。

一什么是脑电波？

小陈在医科大学学习期间，越来越对人体的精妙构造感到惊叹。大脑虽然只占人体重量的百分之二，却需要消耗全身百分之二十到三十的氧气。它是人体的控制中心，具备极强的信息处理功能，能够实现人的各种思维活动。这种能力依赖于神经细胞内部以及细胞之间的化学物质和电脉冲的传递。小陈对大脑的每一个方面都充满了好奇。

记得中学时“蛙心实验”揭示的生物电现象吗？现代医学借助心电图、脑电图、肌电图等手段检测生物电，以辅助诊断治疗疾病。脑电图能够反映大脑神经元的电活动状况。教授打个比方说明白这个道理：每一枚脑细胞都好比一个大型运动场的全部观众，大脑处理各种信息的方式如同运动场上的观众各自坐在不同地方，彼此说着不同的话题，头皮上的记录电极则像是运动场上空悬着的麦克风，它们捕捉这些细胞的交流（电信号），由此构成了脑电波。

二脑电波的类型

小陈初次在脑电图室进行实践，目睹病患的头顶部位安放了为数不少的监测电极，电极通过一根根线缆与设备相接，而另一侧的计算机屏幕上则呈现出若干条形态略显纷乱的曲线。他回想起1924年德国的Hans学者，凭借对脑内电活动进行监测的技术，首次捕捉到了源自人类头皮的脑电讯号，并展示了多种不同的脑电波形。紧接着的一百多年光阴里神经科学，神经科学领域经历了翻天覆地的革新。各种状态的脑电活动存在差异,脑电活动依据每秒内重复波形的次数，即频率（单位Hz）来划分，主要包含以下几种类型：

图1 脑电波采集示意图及主要波形

三基于脑电波的睡眠分期

小陈因为喜爱脑科学和睡眠科学，考上了睡眠专业的硕士研究生，他慢慢认识到睡眠并非只是意识消失的状态，而是一个需要精确控制的活跃过程，其中包含着复杂的身体变化和关键作用，监测大脑电波是睡眠研究的关键步骤。

根据脑电波和生理状态，睡眠划分为：

非快速眼动睡眠按睡眠由浅至深分为4个阶段：

四独特的快速眼动睡眠期

小陈感到十分意外，他注意到快速眼动睡眠阶段的大脑电活动，与意识清醒且注意力集中的状态时非常接近，这种睡眠也被称作快速波睡眠。在这个时段，人的大脑相当活跃，眼珠在眼睑之内飞速转动，然而身体四肢和躯干却处在极度松弛的状态，几乎完全丧失了活动能力。

快速眼动睡眠阶段极为特殊，大部分梦境都产生于此时，并且画面感很强。如果在快速眼动睡眠阶段被唤醒，有时能够记得所做的梦，并且体验感也更为深刻。在这一阶段，大脑会抑制身体活动，这样人才能够安稳做梦，不会在梦中拳打脚踢或者奔跑跳跃。

五睡眠周期

小陈在睡眠诊疗机构见识到多导睡眠记录，这种检查通过收集并研究睡眠期间脑电活动、眼球运动、肌肉活动、胸腔与腹部呼吸等多项数据，了解到睡眠的不同阶段并非按部就班地轮流出现，大脑电波的变化常常是逐步的，彼此交织在一起，并且呈现出某种倾向性。夜间睡眠以两种状态轮流呈现，这两种状态分别是非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠，它们交替进行构成一个完整的睡眠循环，每个循环持续大约90分钟，这是成年人的普遍情况，一整晚大约会有4到5个这样的循环，如图2所示，在最初的两个睡眠循环里，以深度睡眠为主，而进入后半夜，随着循环的推进，快速眼动睡眠的持续时间会逐渐增长。

图2 脑电波采集示意图及主要波形

六脑电波的应用

脑电波难以精确呈现单个神经元的全部运作，不过我们依然能够逐步分析，归纳特点，通过局部现象推知整体情况。

不正常的脑电图图形包括尖形波形和棘形波形，前者比后者持续时间更长，波峰更为高耸尖锐，还有尖慢波形态，即尖形波形与慢形波形的组合体，以及棘慢波形态和三相波形态等。

小陈得知，脑电图和视频脑电图是医疗中的一项常规检测手段神经科学，对于癫痫等病症的确诊、区分、位置查找以及效果评估都有重要作用；脑电活动的记录也是划分睡眠周期的参考标准；脑电数据经常与成像技术联合使用，关联到认知神经科学、脑机接口等尖端学科。

人类清醒时，或者处于非快速眼动睡眠阶段，又或者进入快速眼动睡眠阶段，这三种状态会不断交替出现，每个阶段大脑电波的形态都十分独特。借助神经科学和计算机技术的进步，我们渴望研发出更精确且无需侵入性的脑电数据获取与处理方法，从而揭示更多关于神经信息传递的奥秘，并为未来开辟更宽广的实用领域。

作者：霍阳郭淮莲

作者单位：北京大学人民医院神经内科

参考资料：

睡眠的重要性：睡眠的强大力量是什么，值得我们探究。

纽约，美国：西蒙与公司，2017年出版。

P.和！.Eur，1994年，第34卷（第1期增刊）：18至23页。