我们知道麻醉会产生特定脑区的振荡活动，这是与神经环路的基本结构有关的，但是很少研究阐述儿童在麻醉状态下的神经环路活动。来自波士顿儿童医院的研究人员L.Cornelissen试图鉴定七氟烷麻醉状态下EEG特征的年龄相关改变，以此作为指征人脑早期发育不同阶段的标记。本研究发表在杂志《British Journal ofAnaesthesia》上。

关键词：脑电 功率谱 相干性 麻醉 大脑发育

    本研究收集了91位需要进行脖子以下外科手术的婴幼儿（0-3岁），大部分被试在手术中使用七氟烷维持麻醉状态，研究人员记录了被试在手术麻醉状态下的多导脑电，并运用时频分析和相干性分析探索额叶、顶叶、颞叶和枕叶皮层在不同频段的EEG功率和相干性。

表1是研究被试的临床特征。

表1：被试的临床特性。

IQR：四分位距；SD:标准差

    首先对不同月龄段的婴幼儿的额叶（电极F7）EEG进行时频分析，发现：慢波（0.1-1Hz）和δ波（1-4Hz）在所有年龄段被试中都显著存在，而θ波(4-8Hz)和α波（8-12Hz）直到四个月大才出现。更高频段的β波（13-17Hz）在第9、11和16个月大才出现。在19和37个月大时，α频段功率开始增加。

图1：0-3岁婴幼儿在外科手术中用七氟烷维持麻醉状态时的前额频谱图和频带能量。在手术麻醉的5分钟内被试大脑0.1Hz~40Hz前额EEG功率谱。（a）对单个被试的额叶频谱图；（b）额叶频谱随年龄变化；（c）在额叶区，慢波（0.1-1Hz）、δ（1-4Hz）和α（8-12Hz）频带的功率峰值。δ节律随年龄增长呈现小而稳定的增长。α节律在婴儿期逐渐增强，峰值在大约10个月大，然后直到三岁都保持在一个稳定的水平。实线是描述婴幼儿的月龄和EEG功率之间关系的四阶多项式回归模型，等式内置在图中；虚线代表的是回归模型的95%的置信区间。F7电极用最邻近的拉普拉斯参考来代表。

    接着研究人员分析了不同月龄不同频段被试在麻醉状态下的EEG地形图，如图2所示，发现额叶alpha主导是从7-9个月大开始的。对于所有月龄段的婴幼儿，慢波、δ波和θ波都是全脑广泛分布的；α波从四个月大开始出现，从7-9个月大开始呈现额叶优势；β波和γ波在所有月龄段都可以忽略不计。

b.4-6个月，c.7-9个月，d.10-14个月，e.15-17个月，f.18-40个月）和频带划分的组平均，慢波、δ、θ波活动在所有月龄的组里都是在整个头皮分散分布的。α波活动在4个月大开始出现活动增强，并且从7个月大开始主要局限在额叶。β和γ节律在所有月龄中都几乎可以忽略不计。

    然后研究人员又选取了枕叶电极来和额叶电极进行对比，如图3所示，可以发现慢波、δ波和α波的能量分布都是额叶大于枕叶。

图3： 0-3岁婴幼儿在外科手术中由七氟烷维持麻醉状态下大脑慢波、δ和α波段的能量在额叶和枕叶的分布。（a）慢波（0.1-1Hz）、（b）δ（1-4Hz）、（c）α（8-12Hz）在额叶和枕叶EEG功率峰值与月龄的函数关系。实线是描述月龄和EEG功率之间关系的四阶多项式回归模型（蓝色线：额叶功率；红色线：枕叶功率；虚线：95%置信区间的边界），内置小图代表额叶和枕叶电极的位置。d图慢波、e图δ波和f图α波额叶与枕叶电极功率之差，以及从靴值分析得到的95%的置信区间（粉色线：97.5%；绿色线：2.5%）。月龄较大的婴儿直到26~30月大慢波和δ波在额叶功率相较于枕叶呈现小而显著的的增长。α节律从大约3-4个月出现并且从8个月大开始呈现显著而稳定的前额主导，峰值出现在大约15-20个月大。这些数据说明从婴儿时期就能观测到类似成人的活动模式。F3和O1电极用最邻近拉普拉斯参考呈现。CI：置信区间。

    因为相干性反应局部脑区之间的协调性活动水平，可能暗示着大脑的发育状态，研究人员又关注了不同频段之间和不同电极之间的相干性随月龄增长的变化。通过相干性分析发现额叶的慢波-δ波节律从出生到三个月大高度相干，到5个月大只有较小的相干性，再到9个月大呈现不相干（不协调）；而额叶α波相干性在11个月大才开始出现，到19和36个月大时呈现高度相干，而慢波-δ波仍然不相干，如图4。

图4：0-3岁婴幼儿在外科手术中由七氟烷维持麻醉状态时额叶相干性图。在5分钟的外科麻醉期间记录到的脑电信号从0.1Hz-40Hz的额叶相干性。（a）2、3、5、9、11、16、19和37个月大被试的额叶相干性图谱；（b）在额叶相干性图谱中相干性随年龄变化而变化；（c）每个被试分别在慢波（0.1-1Hz）、δ波（1-4Hz）和α波（8-12Hz）的额叶相干性图谱。慢波和δ波相干振荡出现在被试出生到八个月大，而α波相干性从大约十个月大出现，在接下来的20个月里逐渐增加，并且持续到3岁大。实线是描述年龄和EEG功率之间关系的三次或四次多项式回归模型；虚线是回归模型的95%置信区间边界。

    最后研究人员考察了全脑相干性，如图5所示，发现在前九个月所有频率之间的全脑相干性都是很弱的，但额叶α节律相干性在大约10个月大开始出现。该结果与成人中观察到的缺乏慢波节律相干性是一致的，而且α节律的相干性也与成人在异丙酚麻醉状态下观察到的高度协调一致的α活动相对应。

图5: 0-3岁婴幼儿在外科手术中由七氟烷维持的麻醉状态下的全脑相干性。地形图细致的描述了五个不同月龄段（a.0-3个月；b.4-6个月；c.7-9个月；d.10-14个月；e.15-17个月；f.18-40个月）的婴幼儿每一个EEG频段的组平均相干性。相干性α节律空间上集中在额叶电极，时间上从10-14个月大开始出现。所有年龄组在外科麻醉中其他频率和区域的总相干性都很低。该分析表明婴幼儿从一岁开始全脑相干性逐渐呈现成人样模式。

图6：人类出生后脑发育进程图。（a）前额叶皮层（黑色）、语言区皮层（淡蓝色）和感知运动皮层（深蓝色）的突触生成速率。内置小图：皮层的组织学切片示意图，证明突触和树突连接随年龄而改变。（b）白质成熟（蓝色箭头表示成熟的标志髓鞘化）。胼胝体、丘脑皮层和相关纤维是髓鞘化最大的区域。（c）神经发育的里程碑。（d）在外科手术由七氟烷维持的麻醉中EEG的特征。粗实线代表本研究的年龄分组。

    最后总结一下本研究发现的七氟烷麻醉状态下EEG特征依赖月龄的改变，如下：

1.慢波-δ波在所有月龄段都显著存在；

2.θ波和α波在大约4个月大出现；

3.α节律从4个月到10个月大逐步增加，随后直到三岁都维持在一个稳定的水平；

4.额叶α节律主导大约出现在7个月大；

5.额叶慢波从出生到6个月大都是协调一致的；

6.额叶α节律大约在10个月大开始出现相干性并持续到更大的年龄。

    这些年龄相关的EEG改变很有可能与婴幼儿早期神经发育进程是相关的，包括突触生成，轴突生长，神经修剪，髓鞘化和丘脑-皮层以及皮层-皮层间的功能连接的成熟。因此，本研究推测这些EEG变化可能为婴幼儿大脑出生之后逐渐成熟提供了的标记。

    一句话总结：在七氟烷麻醉状态下，随着年龄增长，婴幼儿的脑电较高频段的活动和相干性逐渐增加，这或许暗示着大脑的发育程度。

参考文献：CornelissenL, Kim S E, Lee J M, et al. Electroencephalographic markers of braindevelopment during sevoflurane anaesthesia in children up to 3 years old[J].British Journal of Anaesthesia, 2018.

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