【关键词】 α波 智力 性格 近似熵 脑电功率谱
A study on the relationship between normal child brain α wave and child intelligence and character
Pang Qiming,et al
【Abstract】 Objective:To study the relationship between normal child brain α wave and intelligence and characters.Then probed how brain α wave can reflect the degree of brain maturity and types of characters.Methods:EEG and marks of intelligence tests and E、N 、 P、L marks of EPQ in 278 normal children were analysed.In the same time,EEG of α wave power spectra、ApEn and marks of intelligence tests,E、N、P、L marks of EPQ in 53 normal children were analysed.Results:In 278 cases,there was significantly positive relationship between EEG regularity and IQ total marks.There was significant relationship between EEG regularity and E、N、L marks of EPQ;There was positive correlation between EEG regularity and L marks,negativecorrelation between EEG regularity and N 、E marks.In 53 cases,α wave power spectra and ApEn were progressively increased while children became older.There was positive correlation between αwave power spectra or ApEn and total IQ marks,marks of words and understandings;There was significantly negative relationship between α wave power spectra or ApEn and E marks of EPQ.Conclusions:The α wave regularity、power spectra and ApEn can suggest the degree of brain maturitv and complexity.And they have significant relationship with children's intelligence and characters.
【Key words】 α Wave/Alpha rhythm Intelligence Characters Approximate entropy/ApEn EEG Power Spectra
脑电图是测定大脑功能的客观方法,包括许多不同的指标参数。对脑电信号特征的分析不仅有助于脑部疾患的诊断,还能反映个体大脑功能的发育、发展及成熟程度。目前国内外有关脑电混沌动力学、功率涨落分布以及运动、反应、认知、语言、体位等等与事件相关电位的相关性研究等课题成为热点。但这些研究对技术、设备要求较高,不适合基层医院开展。随着儿童年龄增长,脑电波形变化多样,国内外极少有报道关于脑电α波波形与正常儿童智力、性格类型关系的研究。近几年,
少数基层医院脑电图室研究脑电图与智力水平的关系,主要是观察α波占优势的比例,而此结论因受儿童年龄影响不适于儿科临床。我们通过对不同年龄阶段正常儿童进行测验、对比,初步探讨儿童脑电α波形特征与其智力、性格之间的关系,为儿童神经系统发育提供了神经电生理依据,并为基层医院儿童保健工作提供最新的辅助检查帮助。
1 研究对象及测验、统计方法
1.1 资料与方法。
1.1.1 临床资料。于2004年5月~2006年1月,采用随机抽样方法对儿童保健门诊以及3所小学查体学生共2批,1批共278例,另1批共53例,进行问卷测试、脑电图检查。脑电图诊断标准参照冯应琨[2]、谭郁玲[3]等人制定的诊断标准。受试儿童身体健康、智能正常,排除高热、头疼、头晕、剧烈恶心呕吐、行为紊乱、多动症、抽动症、癫痫以及其他中枢神经系统疾病等因素,无非正常出生史,无长期用药史,无精神疾病史。受检儿童均为右利手。受检儿童年龄:7~15岁;年龄分组为:7~8岁,9~10岁,11~15岁。278例儿童中男169例,女109例;53例儿童中男34例,女19例。
1.2 测验方法。
1.2.1 智力测验:采用北京师范大学心理系韦氏儿童智力量表。由专业儿童保健医师专人负责测量。
1.2.2 性格测验:采用陈仲庚教授修订的艾森克人格问卷(少年)(EPQ)。由专业儿童保健医师专人负责测量。
1.2.3 脑电图检查:由专业脑电图医师专人负责检测。根据国际10/20标准导联体系安装电极,记录安静、闭目、觉醒状态下的单极导联脑电活动。检测仪器为意人利Galileo无纸脑电图,近似熵计算软件由清华大学电机系提供。
1.3 统计学处理方法。资料为等级和计量资料,计量资料以x±s表示。利用SPSS11.0软件系统,采用一元方差分析法、检验、直线同归与相关分析等方法处理数据。以P<0.05为显著界值。
2 测验、检查结果与分析
2.1 278例儿童测验、检查结果与分析。
2.1.1 7~8岁儿童α波规则程度与IQ总分差异显著,0.01
0.05。α波规则程度与N、E差异显著,P<0.05;α波越规则,N、E得分越低,成负相关;α波规则程度与P、L无明显差异,P>0.05。
2.1.29~10岁儿童α波规则程度与IQ总分差异显著,0.01
0.05。α波规则程度与N、E、L差异显著,P<0.01;α波越规则,N、E得分越低,成负相关,L分值则越高,成正相关;α波规则程度与P无明显差异,P>0.05。
2.1.3 11~15岁儿童α波规则程度与IQ各项得分无明显差异,P>0.05。α波规则程度与N、E、L差异显著,P<0.01;α波越规则,N、E得分越低,成负相关,L分值则越高,成正相关;α波规则程度与P无明显差异,P>0.05。
2.2 53例儿童测验、检查结果与分析。
2.2.1 不同年龄组儿童各导联α波相对功率值随年龄增加进行性增大,P<0.01。
2.2.2 不同年龄组儿童各导联α波近似熵值随年龄增加进行性增大,P<0.01。
2.2.3 选择右额区F4导联为例(其他各组均以此导联分析),7~8岁儿童α波相对功率值、近似熵值与IQ总分、理解得分存在显著性差异,P<0.05,且成正相关;α波相对功率值、近似熵值与IQ言语、操作得分及分项得分无明显相关性,P>0.05。
2.2.4 9~10岁儿童α波相对功率值、近似熵值与IQ总分、言语、词汇、理解得分存在显著性差异,P<0.05,且成正相关;α波相对功率值、近似熵值与IQ操作得分及分项得分无明显相关性,P>0.05。
2.2.5 11~15岁儿童α波相对功率值、近似熵值与IQ总分、言语、词汇、理解得分存在显著性差异,P<0.01,且成正相关;α波相对功率值、近似熵值与IQ操作得分及分项得分无明显相关性,P>0.05。
2.6 不同年龄组儿童(以右额区F4导联为例)分析结果均相同:α波相对功率值、近似熵值与EPQ中E存住显著性差异,0.01
0.05。
3 讨 论
人脑是已知宇宙中最复杂的系统。对脑电信号的分析不仅有助于脑部疾患的诊断,还能反映个体大脑功能的发展与成熟程度[4]。α波被认为是产生于多数中枢脑神经元细胞群回路自发性节律性电活动重叠并相互干涉的结果。α波波率、波幅代表大脑神经元代谢的速度。“调幅现象”随年龄增加、大脑成熟而越规则、明显。α波规则程度可以客观反映儿童大脑发育情况。随着年龄的增大,个体接收信息量增长,增加了长时记忆神经集团的数目,神经网络的多样性和相互作用增加,从而脑电图反映出脑电时间序列的神经动力学复杂性增加,也就是脑电相对功率值和近似熵ApEn的增加。近似熵属于非线性参数[5],其数值大小代表信号复杂性大小,ApEn值越大,信号复杂性越高。黄华品等学者[6]研究发现,脑电功率值和ApEn可从不同侧面反映大脑功能随年龄的变化情况,年龄增加,脑电相对功率值和ApEn值均增加。脑电图与年龄有密切关系[7]。从新生儿到成人,脑电图发育逐渐成熟,波形由不规则低幅α波发育至节律性α波,α波由顶区优势发展为枕、顶区为著。北京师范大学心理研究所沃建中教授研究发现[8]:随着年龄增长,儿童α波低频成分所占比率逐渐渐少,高频成分比率逐渐增加;根据上述脑电发育特征,本课题将α波作为研究儿童脑部发育及成熟程度的主要指标,并选取α波逐步成熟的7~15岁正常儿童作为研究对象,据其脑电发育阶段性特点,分为7~8岁、9~10岁、11~15岁三组分别研究,避免因儿童年龄增长导致脑电波形多变带来的干扰。
大脑组织的发育成熟直接关系到智力、智商的发育[9]。α波变化与大脑一生的发展及认知[10]等功能有着极其密切的关系。脑波功率谱空间分布与大脑成熟、老化有关[11],与认知功能亦有关。大脑皮层总体发育程度较高者,功能状态好,α、β活动反映大脑神经电变化快,兴奋性高,易被激活唤醒。M.Doppelmayr等人[12]发现α功率与智力有很强的正相关性。国内学者报道[13]正常学生IQ得分高者中枢神经系统处于高觉醒状态,神经兴奋性高,易被唤醒。华南师范大学[14]研究发现,与一般幼儿相比,提前进行书面语言学习可以促进幼儿大脑皮层发育,α波低频成分比率减少,高频成分比率增加,α波超前发展。沃建中等人[15]报道,记忆状态下,7~28岁儿童和青少年α波平均频率增加,α波熵值增加。Obrist等人发现,对于老年人,α波能反映大脑的衰老过程。当大脑随着年龄增长功能衰退或受到疾病、外伤等损伤时[16],α波可出现显著变化。智能发育不全儿童α波会出现异常,如:弱智儿童α波优势形成明显落后、不规则,且频率、振幅、相对功率值偏低[17]。本课题研究发现,儿童α波规则程度仅与IQ总分存在显著差异,说明传统的脑电图分析方法欠精确性,只能反映儿童大脑功能一种总体的发育水平情况和成熟程度,若要研究儿童大脑皮层具体不同部位、不同细微功能的发育成熟程度,则需进一步利用各种事件相关电位ERFs[18]来分析研究。我们亦发现,α波相对功率值和ApEn随年龄增大表现为进行性增高,说明大脑活动随着年龄增大,其复杂性增高。另外,本课题研究的α波规则程度、相对功率值、近似熵等均是在休息状态下,反映了大脑活动的基础水平,与个体大脑安静状态下脑细胞同步放电及内在活动有关,而与外界感觉刺激或外界任务无关,故,基本可以反映大脑本身的发育成熟情况[19]。11~15岁儿童α波规则程度与智力的关系分析结果可能受样本较少影响,有待将来进一步扩大样本数量分析研究。
脑电图与性格、气质的关系早期曾被探讨过[20,21],但没有确定性结论,且至今很少有关儿童该方面的内容。有学者认为[22]:性格活跃、主动者,脑电图往往显示α波减少,过度换气不反应,光刺激反应较明显;性格温和、细心、被动者常显示α波优势,过度换气慢波增多,光刺激反应不明显;性格粗暴、不耐心、攻击性、神经质者,脑电图多由α波、快波和慢波组成。胆汁质者α节律略快,反映其神经系统兴奋—抑制转换速度较快,串长较短,稳定性较弱;粘液质者α节律略慢,反映其神经系统兴奋—抑制转换速度较慢,波幅较高,提示同步反应的神经元数目较多,串长较长,稳定性较强。综上所述,儿童α波形发育及其特征与性格、气质、行为等的形成有着密切联系。本课题发现,α波规则程度与N、E成负相关,与L成正相关,与P无明显差异;而α波相对功率值、近似熵值与E维度成负相关,与N、P、L维度无明显相关差异。我们分析认为,上述研究结果说明,内向、稳定、善于与人相处的儿童,其大脑发育较成熟或超前,其α波发育也较成熟、规则,相对功率值及近似熵相对增加。
参考文献
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