Matlab基于小波变换的脑功能连接的相干性分析(4)
2.1 脑磁图（MEG）概述
2.1.1 脑磁图（MEG）基本原理
人的颅脑周围也存在着磁场，这种磁场称为脑磁场。但这种磁场强度很微弱，要用特殊的设备才能测知并记录下来．需建立一个严密的电磁场屏蔽室，在这个屏蔽室中，将受检者的头部置于特别敏感的超冷电磁测定器中，通过特殊的仪器可测出颅脑的极微弱的脑磁波，再用记录装置把这种脑磁波记录下来，形成图形，这种图形便称作脑磁图。它是反映脑的磁场变化，此与脑电图反映脑的电场变化不同。脑磁图对脑部损伤的定位诊断比脑电图更为准确，加之脑磁图不受颅骨的影响，图像清晰易辨，故对脑部疾病是一种崭新的手段，为诊断发挥其特有的作用，要与脑电图结合起来，互补不足。脑电图易受过多电活动的干扰，也受颅骨影响，波幅衰减等，其诊断更准确。
图 2-1 电流周围产生磁场（Neuromag提供）
生理学原理：大脑皮层基本情况如下，当神经元受到病理、电化学或药物等刺激时,细胞膜的平衡遭到破坏,产生高度去极化,这时可产生动作电位,这个局部动作电位又会破坏下一段细胞膜的平衡状态,这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递,就产生了脑电信号(EEG).脑磁信号正是基于脑电信号的传递而产生的,因为大量紧密排列的脑神经元活动产生的生物电流可以看作一个信号源,由这个电流源产生的交变磁场可以穿透脑组织以及颅脑,到达头部之外,用一组探测器阵列就可以测量到头皮表面上的这种磁场变化,从而可以确定脑内信号源的精确位置和强度。
图 2-2 MEG信号产生的生理学原理（Neuromag提供）
补充概念：突触后电位（此部分较为主要，为脑磁图的主要探测部分）：突触由突触前膜、突触间隙及突触后膜三部分构成。突触前膜内有很多小的囊泡，其内有特异性递质，神经冲动到达突触前膜后，囊泡内的递质释放入突出间隙，并作用于突触后膜的特殊受体，突触后膜某些离子通道开放，膜电位发生变化，产生突出后电位。突触后电位分为兴奋性突触后电位和抑制性突触后电位，兴奋性突触后电位使膜出现去极化，抑制性突触后电位使膜出现超极化。
图 2-3 突触后电位及颅外磁场（Neuromag提供）
脑电活动主要有三个来源：1、跨膜电流。2、细胞内电流。3、细胞外容积电流。每一个电流成分均有其相关的磁场，脑磁图所测量的磁场反映了所有电流成分的磁场的叠加。跨膜电流不产生可探测的磁信号，原因是细胞膜内外的电流大小相等，方向相反，所产生的磁场相互抵消。细胞外容积电流在球形导体所产生的磁场在球形导体外为零，头颅的内表面近似一个球形导体。根据物理学公式推导出在一个容积到体内放射状方向的电流源在容积导体外产生的磁场为零。因此脑磁图对放射状方向的树突活动为一个盲区。轴突的电活动也产生磁场，然而运动电位时空范围有限，所有轴突同步产生电流是不现实的。因此，只有细胞内电流的正切成分才能产生可探测的磁场。突触后电位即为细胞内电流，将突触后电位看做一个电流偶极子，脑磁场测量实际上是测量的突触后电位中与脑表面呈正切方向的电流所产生的磁场，当然很少的树突表现为纯粹的放射状或单纯的正切状。但任意一个电流矢量均可分解为放射状成分及正切成分。脑磁图选择性测量正切成分。
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