杨建军教授：把脉大脑节律，助力围术期脑健康

随着“中国脑计划”启动，脑科学与类脑科学研究逐步深入各领域。围术期脑健康成为推动麻醉学科向围术期医学转变的重点。围术期脑健康需在多学科协作基础上，对患者实施术前脑功能状态及脑部疾病的筛查、诊断与优化，术中脑功能状态监测、预警与路径管理，术后脑功能状态与并发症的监测与早期干预，最大限度地减少围术期脑功能损害，确保患者在经历围术期应激后，脑健康状态保持或优于术前水平，满足患者回归家庭与社会的需求。

一、脑科学与脑计划   

（一）全世界最前沿125个科学问题中的8条脑科学问题

脑科学是研究脑的结构和功能的科学。在庆祝《SCIENCE》创刊125周年之际，该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题。涉及脑科学的有8条，其中2、15、84、88与麻醉密切相关，包括意识的生物学基础是什么、记忆如何储存和恢复、为什么要睡眠、全身麻醉剂如何发挥作用等。时至今日，脑科学问题未能解决，有待于进一步深入研究。

（二）中国脑计划

2013年奥巴马提出脑计划“Blue Brain”——One body two wings. Building the core and developing the applications。2016年中国启动脑科学与类脑科学研究计划（中国脑计划），并被列入“十三五”规划。中国脑科学计划以“一体两翼”为结构，即以研究脑认知的神经原理为基础，用以研发重大脑疾病的治疗方法和推动新一代人工智能的发展。根据《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》，未来我国脑科学与类脑研究将围绕脑认知原理解析、脑介观神经联接图谱绘制、脑重大疾病机理与干预研究、儿童青少年脑智力发育、类脑计算与脑机融合技术研发等五项攻关重点展开。

（三）脑组织与神经

脑占全体重的2%，含1011个神经元和1015个突触。大脑参与调节机体和心理的大多数功能，涉及睡眠、进食、性本能等基本功能，思维、记忆、语言及推理等高级功能，以及呼吸、循环、运动等重要功能。

二、脑科学的三大任务  

（一）理解脑：阐明脑功能的神经基础和工作原理

关于意识、记忆、睡眠等工作原理，理解健康和疾病的脑状态区别。

（二）模拟脑：研发类脑计算方法和人工智能系统

包含人工智能的模拟神经网络算法应用、阿尔法狗对战围棋高手等。

（三）保护脑：促进智力发展，防治脑疾病和损伤

儿童青少年脑智力发育、老化脑疾病防治等。

三、关注围术期脑健康   

围手术期神经认知功能障碍（Perioperative neurocognitive dysfunction, PND）的机制复杂，包括炎症、氧化应激、凋亡、神经递质传递、兴奋突触失衡等[JAMA 2012;308(1):73-81]。

麻醉与围术期医学科的重要质控指标之一是术后28天死亡率，而围术期脑损伤是其重要危险因素。

围术期脑健康关注重点：①术后认知功能障碍POCD、②围术期脑卒中、③脑缺血/再灌注损伤、④神经疾病手术。

四、脑节律   

（一）节律的重要性

1.生物钟：日/月/年节律、皮质醇释放、体温波动、女性生理周期、十月怀胎等。

2.心脏节律：心率、窦性节律；

3. 大脑节律：情绪、记忆、觉醒、麻醉、引起的电生理变化。

（二）脑电检测

1. 三种检测形式：非侵入式（EEG）、非侵入式（Ecog）、侵入式（微电极置入深/浅局部场电位采集）

2. 脑电波：1-200Hz（Delta 1-4Hz、Theta 4-8Hz、Alpha 8-12Hz、Beta 12-25Hz、Gamma 25-100Hz）。不同生理状态对应不同波形的脑电波，如熟睡、年幼、未工作状态时，脑电波慢波（Delta波、Alpha波）占主导地位，而在清醒、成年、工作状态时，Gamma波等快波起主导作用。

（三）脑电双频指数（Bispectral index，BIS）

BIS是临床上应用最早、最广泛的麻醉深度监测工具，可反映大脑皮质的兴奋或抑制状态及镇静催眠的信息，不仅与正常生理睡眠密切相关，还能很好的监测麻醉期间的镇静程度。BIS可维持适宜麻醉深度，有益于患者围术期安全，减少围术期脑损伤和术后并发症。

（四）Theta节律

θ波是由丘脑机制调节的与内化思维相关的低频节律，通常为不规则的非正弦波，与记忆巩固相关，在催眠、幻想以及睡前或睡醒后一段时间内能够观察到。①分布：区域性的，出现在多个脑叶，单侧或弥散的。②状态：直觉，创造性，回忆，幻想，意象，梦幻。③行为：创造性，注意力涣散可能会分心。④生理相关：身心整合。⑤训练效果：增强，漂移，出神，抑制，专注，聚焦。

（五）Gamma节律

γ节律与认知绑定有关。①分布：非常局部。②状态：思维，综合思考。③行为：高级信息加工。④生理相关：整合新信息。⑤训练效果：可触发深层记忆、强化长期记忆，出现“入定态”，如增强、漂移、出神抑制、专注、聚焦等。

（六）尖波涟漪（Sharp wave-ripple, SWR）

SWR是由海马区引起的同步神经元活动的快速爆发。SWR与人类视觉情景记忆相关，参与协调记忆中心（海马区）和高级表征（大脑皮层）间联系，这有助于编码和人类记忆的自发提取和巩固。SWR期间的海马区脑电峰值代表过去或潜在的未来经历，而与SWR相关的干预可以改变随后的记忆表现。SWR同时也参与决策、规划、想象等过程的巩固和提取。[Science 2019;365(6454):eaax1030][Nat Rev Neurosci 2018:19(12):744-757]

（七）疼痛状态下常见的节律变化

在不同脑区的不同脑电波与急性痛、持续性炎性痛、慢性神经病理性痛和药物调控效应的关系[Trends Neurosci 2021;44(8):629-642]

（八）相关研究报道：

海马-内嗅皮层系统中的异常SWR可影响脑内记忆巩固，也和阿尔茨海默病和颞叶癫痫相关，说明异常SWR可作为早期疾病进展和治疗反应的生物标志物。[Front aging neurosci 2021;13:683483]

节律性光闪烁通过增强突触前可塑性调控海马低γ波，避免神经元缺血性损伤，如40Hz光照干预阿兹海默症模型鼠后可增强其学习记忆能力。[Nat commun 2020;11(1):3012]

Tau P301S和CK-p25神经退行性变小鼠模型,早期接受每日及长期GENUS视觉刺激后，多个大脑区域的神经元和突触密度增加[Neuron 2019;102(5):901-902]。另外，内侧前额叶皮层的神经网络障碍可能导致神经炎症，从而引起认知障碍[Brain Behav Immun 2020;89;133-144]，提示可通过调控异常节律来改善认知功能。

老年脑存在海马区节律异常。与年龄相关的海马振荡失调会增加术后认知功能障碍风险[J Alzheimers Dis 2021;81(4):1685-1699]，减轻炎症可改善神经振荡异常，预防术后认知障碍发生。

认知损伤可出现Theta节律异常[Brain Res Bull 2021;171:172-182]。

五、小结   

（一）大脑节律可作为围术期相关认知功能损伤的神经标志物

（二）脑电信号解读极为复杂，蕴含的临床意义有待进一步深入研究

（三）基于非侵入性神经刺激调控大脑节律，对于神经退行性疾病的治疗具有重要的意义。

深度剖析大脑节律变化可帮助理解围术期脑损伤的调控机制。节律变化既是疾病损伤的监测标志物，也是治疗疾病的潜在干预靶点。通过调节大脑节律或可改善围术期脑健康，降低围术期相关死亡，提升围术期脑安全，促进术后快速康复，从而满足患者回归家庭与社会的需求。

专家简介

杨建军  教授

博士，主任医师，教授，博士研究生生导师，

中原科技创新领军人才

郑州大学第一附属医院麻醉与围术期医学部主任

兼郑州大学医学科学研究院神经科学研究所副所长

担任中国精准医学学会常务理事

中国老年医学学会麻醉学分会副主任委员

中华医学会麻醉学分会常务委员

国家自然科学基金、法国国家科研署（ANR）及荷兰科学研究会（NWO）等基金评审专家，18种期刊副主编或编委，110种SCI期刊审稿专家；发表SCI论文222篇，总影响因子850分。

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编辑：Mijohn.米江

校对：Michel.米萱

医学审核：杨建军教授

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