心腦功能耦合及信息傳遞研究

《心腦功能耦合及信息傳遞研究》是依託西安交通大學，由於曉琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：心腦功能耦合及信息傳遞研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於曉琳
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

大腦皮層的意識活動，如精神緊張、情緒激動等，均能增加器質性心臟病、尤其是缺血性心臟病患者惡性心律失常和心源性猝死的發生率，因此高級神經中樞與自主神經的關係越來越為人們所關注。本項目旨在探索腦皮層電活動與自主神經的關係，發現與心臟自主神經有關的頭皮位置，並闡明心腦信息傳遞的特點。通過研究多通道腦電和心電信號以及血壓、呼吸、胸部阻抗等多維參量的時程變化，提取大腦在被動應激和主動調控心臟時，表征腦部神經元活動的敏感性特徵參量；研究建立與自主神經聯繫的整個腦區的神經動力學模型；研究表征腦活動和心臟功能的特徵參量的提取和融合，探索分析心腦關係的新方法。研究成果不僅可以發現分析頭皮神經元的耦合及頭皮到心臟信息傳遞的有力工具，而且有助於闡明相關心腦血管疾病的機理以及治療方法的提出。

結題摘要

精神緊張、焦慮等腦活動可以導致心臟疾病, 而冥想能夠改善心臟功能。腦運算被證明能引起大腦和心血管反應，但是，反應機理和順序還不清楚。課題研究不同應激對時變自主神經反應和心血管耦合的作用，揭示心血管和自主神經的作用機理以及調節自主神經系統的相關頭皮位置。 60名健康男性受試者自願參與實驗研究，年齡19到27歲。同時連續記錄靜息、5分鐘心算任務和5分鐘冷加壓過程中的腦電、RR間期序列、心臟收縮壓和舒張壓、心搏量、心輸出量和體循環血管阻力數據。壓力反射敏感性由傳遞函式方法獲得，RR間期的連續小波變換用來描述自主神經活動的時變模式，小波互相關和相位同步用來評估RR間期和心收縮壓的幅度和相位耦合。採用時頻分析、近似熵和Pearson相關係數分析腦電和心電信號的相互關係。採用有向傳遞函式、校正條件熵和動態因果模型的方法研究了不同應激任務引起心臟功能的變化以及皮層腦活動和心臟活動的耦合模式。採用配對t檢驗進行統計分析。 結果表明, 心算任務通過延長副交感神經阻滯引起心率、心收縮壓和舒張壓以及心輸出量的增加，壓力反射敏感性降低，同時心血管耦合中斷，表明心算任務中壓力反射被阻止而心腦系統開始發揮作用。冷加壓實驗中，心收縮壓、心舒張壓和體循環血管阻力增加，而心率和壓力反射敏感性沒有變化，表明冷加壓實驗中交感神經活動暫時增加，心血管耦合沒有變化。有趣的是冷加壓過程中最大互相關係數在低頻段頻率顯著增加，可能是壓力反射迴路諧振頻率的變化引起的。研究還發現心算任務生理反應可以劃分為兩個階段，第一階段(10–110 s)，第二階段(150–250 s)。第一階段Fp2, Fz, F4, F7導聯腦電近似熵與心率變異性高頻的時頻分析結果顯著相關。第二階段Fp2, Fz, C3, C4導聯腦電近似熵與低頻成分顯著相關。對心腦間隨機動態因果建模研究發現應激活動調節自主神經過程中腦皮層中央後區到前區的信息流增加, 心腦間的耦合程度顯著增強。有向傳遞函式、校正條件熵和動態因果模型方法有望成為分析腦電信號的功能耦合及腦到心臟信息傳遞的有力工具。