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1、临床脑电学杂志2000年11月第9卷第4期JournalofClinicalElectroencephalology(China),November2000,Vol.9,No.4·245··讲座·脑磁场及其检测技术—脑磁图简介王玉平研究大脑机能的手段应该是无创而又灵敏的。脑磁图生突触联系,其中一部分投射到皮层的浅表部分(Ⅰ层)形成(Magnetoencephalography,MEG)作为一种新的无创脑机能检测浅层投射,而另一部分则投射到皮质的深层(Ⅲ—Ⅴ层)形成方法在先进国家受到了越来越多的重视,并且已经被应用于深层投射(图1A)。假定投射到浅表皮层的神经纤维兴奋后临
2、床。在此简单地介绍脑磁图的基本原理及其在神经科的引起锥体细胞出现兴奋性突触后电位(EPSP)(如图1B所应用。示),EPSP首先引起树突尖端的除极化,而此时神经细胞的其它部分依然处于静息状态。除极化后,树突尖端细胞内的1生物磁场及其检测技术发展的历史电压升高,这样就会在细胞内形成由细胞尖端向底部传导的磁场可以被分为由磁性物质产生的磁场及由电流产生细胞内电流。这种细胞内电流会在树突的底部或细胞体部的磁场两种。生物体内产生的磁场也可以分为两种,一种是位流向细胞外,进而在细胞外回流到树突的尖端,如此形成由蓄积在人体内的磁性物质产生的,如由肺、胃、肠和肝脏等了一个电流环路。产生
3、的磁场,另一种是由体内的生物电流产生的,如神经、心脏和脑等器官内生物电流产生的磁场。人体内有多种生物电流,如心脏电流、神经电流等。这些生物电在流动时必然会在电流周围产生相应的磁场,然而其强度是非常弱的,远远低于地磁场的强度,将它们记录下来决非易事。1963年美国的学者最初尝试了对生物磁的测量,他们用了两百万匝的一组线圈放在胸部记录到了心脏的磁场,1967年美国的Cohen在磁屏蔽室内利用电子放大装置记录到了心脏和脑的磁场活动,不过,当时的记录远未能达到应用的程度。真正记录生物磁场的工作是在开发出了高度灵敏的超导量子干涉仪(Superconductingquantumin
4、terferencedevice,SQUID)生物磁检测系统之后。多年来SQUID的性能不断提高,而且实现了多导同步记录。2脑磁场的发生机制人的大脑内产生的磁场包括两部分,一部分是由脑内的磁性物质产生的恒定磁场,另一部分是由活动的神经电流产图11A:大脑皮层锥体细胞与浅层丘脑皮层投生的交变磁场,两种磁场的测量方法不同。脑磁图通常指的射及深层丘脑皮层投射。B:锥体细胞树突尖端产是从头表面记录到的交变磁场。生兴奋性突触后电位(EPSP)时,形成由树突顶端向大脑内有众多的神经细胞,其中最多的一种神经细胞是细胞体方向流动的细胞内电流Ii,与此同时在细胞锥体细胞。锥体细胞分布在大
5、脑皮层,它们排列规则,胞体外形成由细胞体向树突顶端流动的细胞外容积传位于皮层底面,从胞体伸出的树状突起伸向皮层表面。由丘导电流Io。脑等部位投射到皮层的神经纤维与锥体细胞的树状突起发由于锥体细胞的树突排列方向非常规则一致,在很局限收稿日期:2000—01—24作者单位:100053,北京,首都医科大学宣武医院神经科的皮层区域内聚集着多数的锥体细胞,如果它们同步兴奋形·246·临床脑电学杂志2000年11月第9卷第4期JournalofClinicalElectroencephalology(China),November2000,Vol.9,No.4成EPSP,就会形成
6、一个比较明显的可以检测到的电流活动。细胞内电流被称为一次电流,它们会形成一个偶极子(图2)。在细胞外围形成的归还电流,又被称为容积传导电流。形成脑磁场的电流主要是细胞内电流,细胞外电流可在细胞外较宽广的区域内流动,与细胞内电流相比,其电流密度很低,形成的磁场会很微弱,所以脑磁图检测到的主要是细胞内电流产生的磁场,细胞外电流产生的磁场基本上不影响脑磁图的结果。图31超导量子干涉仪构造示意图。图21细胞内电流形成的偶极子及其产生的相应的磁场和细胞外容积传导电流。3脑磁场检测装置图3所表示的是单导超导量子干涉仪的示意图。超导体的一个特性是超导体内的电阻为零,给一个闭合的超导体
7、环施以一定的磁场作用,就会在超导体内产生一个超导电流Is。超导电流会将外加磁场抵销掉,使之不能通过超导体。图41超导体环。而且由于超导体没有任何的阻抗作用,所以超导体内也不会产生任何电压降。然而当环状超导体的某个部位被制作得SQUID所用的线圈是由超导材料制作的,一匝超导线圈非常细的时候(图4),超导状态就会消失,在环路内流动的超的性能可以和常导线圈的数千匝相当。SQUID的线圈也有导电流Is在流经此部位时,就会产生一定的电压降。当由外几种类型,如图5所示,普通线圈的抗干扰性能较差,只能在部向超导环路施加一个非常弱的磁场,也就会在超导环路
