脑功能损害的定量检测实验方法-脑外科专家顾建文教授-搜狐博客

脑功能损害发生最 ,损害程度也比较严重 ,特别是对感觉、记忆、思维和注意力等认知功能的影响显著而持久。定量评估脑功能是治疗脑损害的关键问题。目前实验研究常采用以下方法：

一、颅内压变化评估脑功能损害

采用实验性颅内压增高导致脑损伤模型，观察瞳孔、血压、呼吸等生命体征的改变，并同步记录ICP值，确定其与生命体征改变的相关性。建立侧脑室灌注加压的单纯颅高压模型，应用双微导管植入侧脑室，分别连接传感器和微推进泵，经AD-DA转换联结微机，应用自编的饲服软件控制向脑室内灌注人工脑脊液，加压时间固定在三小时，压力逐渐增高。类似临床特急性颅内血肿的发病过程，设置固定时间便于分析脑死亡临界颅内压值。

在加压至临界颅内压值过程中，观察瞳孔、反射等中枢机能的改变，并通过压力传感器同步记录ICP、血压和呼吸波，并输入磁带记录仪供后期分析，这些信息反映了模型濒死前脑损害的发病过程，并在临床工作中常规应用。

2、辅佐观察不同ICP值下，在光电镜水平观察脑皮层的神经受损情况，神经元细胞膜Na+-K+-ATP酶活性，及细胞因子钙离子超载程度，从而在细胞和超微结构水平了解脑损伤的程度。

3、结合瞳孔、血压、呼吸等生命体征的改变，初步得到其与生命体征改变的相关性，并间接反映脑损害的程度。

4、将ICP监测值与脑损害的变化数据加以对照分析，阐明其相关性。

二、颅内压与脑电图非线性动力分析，评估脑功能损害

采用实验性颅内压增高导致脑损伤模型，同步记录EEG和ICP值。建立侧脑室灌注加压的单纯颅高压模型，应用双微导管植入侧脑室，分别连接传感器和微推进泵，经AD-DA转换联结微机，应用自编的饲服软件控制向脑室内灌注人工脑脊液，加压时间固定在三小时，压力逐渐增高。在加压至临界颅内压值过程中，通过头皮电极及压力传感器同步记录EEG、ICP，并输入磁带记录仪供后期分析。对ICP与EEG进行非线性动力学分析，得出其相关性及非线性特征量。微机对ICP与EEG进行采集数据应用：相空间重构、关联维数、Lyapunov指数，非线性预报替代数据复杂度及分叉理论等非线性动力学理论和方法进行分析；EEG的非线性动力学特征量和ICP的变化加以对照，间接反映脑损害的程度。

三、脑电复杂度计算与脑功能损害评估

采用实验性颅内压增高导致脑损伤模型，同步记录EEG和ICP值。建立侧脑室灌注加压的单纯颅高压模型，应用双微导管植入侧脑室，分别连接传感器和微推进泵，经AD-DA转换联结微机，应用自编的饲服软件控制向脑室内灌注人工脑脊液，加压时间固定在三小时，压力逐渐增高。在加压至临界颅内压值过程中，使用美国CADWELL公司生产的EEG EASY II系统采集记录各测量信号，采样频率为400 Hz．在人字缝后5 mm，距中线5 mm处垂直插入针电极之脑皮层采集信号，双耳接地电极，参考电极置于鼻梁。同步记录EEG、ICP，并输入磁带记录仪供后期分析。

脑电信号预处理。

所记录的脑电信号通常会出现心电、呼吸、肌电等干扰，这些干扰会影响脑电复杂度的计算结果．为此，需要对脑电信号进行预处理．应用一种双参考自适应噪声干扰抵消方法消除心电和呼吸干扰．自适应噪声干扰抵消器是基于自适应滤波器原理的一种扩展，就是把自适应滤波的期望信号输入端改为信号加噪声干扰的原始输入端，而它的输入端改为噪声干扰端，这时从误差输出端即可获得有用信号．以同步记录的心电和呼吸为参考信号，应用递归最小二乘算法自适应更新两组滤波器权值矢量，从而同时消除原始信号中与两路参考输入相关的噪声干扰在上述心电呼吸噪声抵消的基础上，对信号进行插值重采样，采样频率由原来的400Hz降为256Hz．应用小波多分辨率分析进行消噪，选用Daubechies 10小波对信号进行8级分解，得到9个彼此正交的子带信号，取相应6个子带的和重构信号获取频率为0.5~32Hz的皮层脑电信号．此外，在脑电复杂度计算之前，对信号进行去直流和去趋势项处理．

迟滞粗粒化与复杂度计算。在Lempel和Ziv提出的计算有限长序列KC复杂性的算法基础上，提出一种迟滞粗粒化方法，根据系统噪声程度确定双限阈值，获取能较真实代表原序列的重构序列，可有效消除测量仪器噪声所引起的错误粗粒化，从而使复杂度分析结果能够更客观地反映信号的非线性特征．在获得重构序列后，应用Lemple—Ziv算法计算复杂度C(n)，复杂度计算结果以均值±标准差表示．用t检验进行差异的显著性分析．

分析不同ICP状态下脑电信号复杂度变化特征，评估脑功能损害。

四、脑认知、记忆等功能改变的分析

水迷宫实验：实验前一天让大鼠自由游泳2min以适应周围环境，从第一天开始，每天训练4次，每次随机选择一个入水点，将大鼠面向池壁放入水中，观察并记录大鼠寻找并爬上平台的路线图及所需时间（逃避潜伏期）。4次训练大鼠分别从四个不同的入水点入水，如果大鼠在120秒内未找到平台，需将其引至平台。这时潜伏期记为120秒，每次训练间隔60秒，连续7天。测试实验时，将大鼠置于水中，记录逃避潜伏期、轨迹图和在各象限游泳距离，并记录其结果。

跳台实验：先将跳台仪与可变变压器相连，将3只小鼠放入跳台仪底部电栅上，然后通电（AC，36V）。小鼠受到电击后跳上跳台，躲避电击。训练5min后，小鼠获得记忆，表现出在跳台上的时间延长，受到电击的次数减少。测试实验时，将动物放入仪器内的跳台上，底部电栅通电（AC，36V），实验时间设置5min，分别记录潜伏期和5min内小鼠跳下跳台受到电击的次数，即错误次数。

穿梭箱实验：将大鼠置于大鼠穿梭实验箱电击区。先给予条件刺激（灯光）15s，在亮灯10s时开始通电5s（电击强度为30V，50Hz）。如果在亮灯10s内大鼠逃向安全区为主动回避反应，电击后才逃向安全区为被动回避反应。每次训练15s，共训练30次，即设定循环次数为30次。测试实验时，将大鼠置于穿梭箱电击区，记录遭受电击的次数（被动回避的次数），该值与设定循环次数之差即为主动回避次数；刺激时间（指动物在被动回避过程中受到电刺激的时间和），该值越小，说明动物主动回避反应越迅速。小动物行为分析系统（Ethovision小动物行为轨迹跟踪分析系统）可以用于旷场实验、避暗实验、Morris水迷宫实验、T字宫、Y字宫、放射宫、高架十字宫、悬尾实验和强迫游泳实验。此系统可以记录动物活动轨迹,起始时刻,运动时间,运动速度,停留时间,各个区域内的运动距离,进出区域次数,第一次进入某个区域之前的时间,停留时间,多只动物相互交往活动和原始活动录像，同时得到实时变化的动物运动轨迹和动物活动形态（饮食，睡眠，移动，追逐等）资料。系统可以自动消除动物尾巴活动的影响,也可以人工修正轨迹误差,既可以处理实时影像也可以处理磁带预先录下的图像。

Ethovision XT小动物行为分析软件可以进行动物鼻、尾和重心三点定位,区分出动物的摆动晃动和身体运动.得到头部朝向,角度变化,角速度等参数.并且可以与生理参数测量系统(如DSI植入式无线遥测系统)同步记录分析动物运动的轨迹和生理指标.

动物轨迹与行为智能分析系统:基于全球领先的计算机视觉技术，通过顶面视角自动识别实验动物的鼻、前肢、后肢、中心及尾根，同时自动识别与分析动物的运动轨迹、区域、距离、方向、速度、原位运动、转圈、转角、趋触性、跨格、背向靠近、伸展、蜷曲、依靠直立、梳理、嗅等行为。选配相应的硬件即可开展自发活动、T迷宫、Y迷宫、高架十字迷宫、八臂迷宫、〇迷宫、水迷宫、巴恩斯迷宫、穿梭实验、避暗实验、跳台实验、条件性位置偏爱（CPP）、新物体识别等几乎所有常见类别的动物行为学实验。

系统特点：

动物行为学系统含有四大模块，配合适当的原厂硬件几乎能完成所有常规行为学实验。水迷宫模块(Watermazescan)除了能得出常规水迷宫参数：上台时间，上台距离，平均速度，正确象限（或外环）内时间比例，任意区域的访问次数与时间比例等参数外。还可以做出如下特别数据：

转向比例：游泳距离与每游过一个身长之后发生的转向次数之比，评价方向认知的精密度。

接近分数：根据实验过程中每一秒离目的地的距离计算得到的分数，评价实际路线相对于理想路线的偏差。

方向错误：通过计算偏离角度确定向远离可见平台方向运动的次数。

总转向次数，总转向角度，距指定点/区域的距离等。

物体识别模块（Objectscan）多用于新物体识别实验（NOVEL OBJECT RECOGNITION）通过4点识别技术分别识别鼻、前肢、后肢、中心及尾根来精确判定大小鼠的鼻尖闻、嗅动作。避免早期技术的误差。

社交行为系统：能够做到无需任何人为染色进行多只动物实验！并能通过特有的多点识别技术、方向判定技术来精确判断动物间的主从关系、主被动攻击或亲近。

自动识别动物的鼻、前肢、后肢、中心及尾根

自动识别与分析动物的运动轨迹、区域、距离、方向、速度、原位运动、转圈、转角、趋触性、跨格、背向靠近、伸展、蜷曲、依靠直立、梳理、嗅等行为。