联合侵入性皮层下与非侵入性头皮神经生理记录评估人类认知与情绪功能

本实验的总体目标是通过同步记录深部和表层神经元信号，评估相互关联的脑区结构在认知与情绪功能中的作用。该方法有助于回答人类神经生理学领域的一些关键问题，例如，脑活动模式与脑功能之间的关系，尤其是针对位置较深、难以触及的脑区。

该技术的主要优势在于，利用接受深部脑刺激的患者框架，在人类执行认知和情绪任务期间获取皮层和皮层下结构的实时信息。本节中的记录步骤聚焦于一名患有运动障碍的患者执行冲突任务（flanker task）的过程。然而，下一节中的分析步骤则聚焦于一名意识障碍慢性期患者在聆听认知-情绪言语范式时的情况。

首先在测试室内安装脑电图（EEG）设备。将记录用计算机连接到 EEG 系统，并启动 EEG 记录软件。点击“文件”，然后选择“新建工作区”，在 EEG 记录软件中定义工作区，设置采样频率为 5 千赫兹，设定低通和高通滤波频率，根据国际 10-20 系统配置 EEG 通道，以及局部场电位（LFP）通道。

单击“监视器”以确认指定通道现已设置为记录状态。接下来，设置刺激计算机并检查其与脑电系统并行端口的连接。启动刺激软件。

单击“运行”，在计算机显示器上检查实验范式的功能。通过在呈现刺激以及受试者反应期间，观察脑电图记录软件中是否出现来自刺激计算机的触发信号，以确保触发信号已发送至记录系统。使用皮肤标记笔将患者头部的顶点标记为鼻根与枕外隆凸之间连线的中点。

然后，根据10-20系统标记选定的脑电图（EEG）电极位置。使用异丙醇棉片和研磨膏清洁每个选定部位，随后将脑电图表面电极固定在头皮上。

或者，根据空间限制，可使用多通道脑电图（EEG）网。另一种评估大脑表层活动的高端方法是脑磁图（magnetoencephalography，MEG）。将深部脑刺激（deep brain stimulation，DBS）电极的经皮延长导线连接至外部导线连接器。

根据脑电图记录设置，将外部电缆连接器提供的每个电极连接到脑电图控制箱。将脑电图头皮电极连接至脑电图控制箱。接下来，向患者提供有关侧翼任务的指导说明。

确保患者处于舒适状态，并告知其若感到不适可随时终止实验。点击刺激软件上的“运行”按钮，使患者能够在显示器上看到实验范式。对患者进行训练，直至其熟悉并适应该任务为止。

最后，在患者执行Flanker任务的同时，开始记录皮层下局部场电位（LFP）和皮层脑电图（EEG）脑活动。首先打开EEG分析软件，点击“新建”，通过指定文件夹路径和数据名称，以可视化情绪认知言语范式中记录的数据。

单击“编辑通道”以选择感兴趣的通道。然后，单击“通道预处理”，再选择“新建参考”，以重新参考相邻的脑深部刺激（DBS）触点，从而为左右半球创建虚拟双极导联。单击“原始数据检查”，以筛查与生理因素和设备相关的伪迹，重点关注运动抖动和设备干扰。

标记存在伪迹的片段。接着，点击数据滤波，然后选择IIR滤波器，设定陷波滤波器，并通过指定高低截止频率参数选择巴特沃斯零相位滤波器。点击更改采样率，将记录信号下采样至指定频率，并指定插值类型。

单击“导出”然后选择“通用数据”，以导出感兴趣的双极通道。单击“导出”然后选择“标记”，以导出数据触发信号。选择 T-X-T 格式来命名要导出的文件。

接下来，启动 MATLAB，点击“设置路径”以添加实地考察文件夹的路径。首先，在脚本一中指定 EEG 和 LFP 文件的路径及文件名，运行该脚本以生成脚本二所需数据结构的文件，从而计算感兴趣通道的局部场电位（LFP）谱功率。其次，在指定谱分析参数（如谱分析方法、频率、感兴趣的时间范围和基线校正）以及统计参数（如分析类型和 P 值）后，运行脚本二。

然后，在指定分段长度、重叠百分比、感兴趣频率范围和分析类型之后，运行脚本三，计算皮层下与皮层脑信号之间的相干性。最后，通过运行此处参考文献中作为补充文件提供的软件实现，计算交叉频率相位-振幅耦合。本方案评估了在此处所示范式期间丘脑内的情绪认知功能。

采用中性非指向性言语和熟悉指向性言语作为刺激。在此，中枢丘脑内振荡活动的刺激锁定调制显示，在对比中性指向与熟悉指向条件时，右侧在第一秒内出现β功率增强。对对应于LFP二三的功率变化进行分析，揭示了第一秒内的早期β功率增加以及晚期的数据调制。

此外，在局部场电位23上，以4至6.5赫兹的显著theta频段增加，以及在2.6至2.8秒时间段内，在熟悉称呼条件下被揭示出来。一旦掌握，若操作得当，该技术可在一小时内完成。在实施该过程时，重要的是要记住，该技术所提供的记录空间分辨率处于局部场电位和脑电图电位的水平。

观看本视频后，您应能充分理解如何在人类中开展联合侵入性和非侵入性神经生理记录，以评估认知与情绪功能。