神经反馈丨关于脑磁图（MEG）的那点事
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这里是行上行下，我是隔壁壹脑云的石子~
前期文章[神经反馈的前世今生] 对神经反馈做了一个大致梳理，我们知道根据大脑活动信号的种类，神经反馈可以分为基于电生理学的神经反馈以及基于血流动力学的神经反馈。
基于电生理学方法的神经反馈根据提取电生理活动指标的方法与技术手段可以分为基于脑电图(Electroencephalogram, EEG)的神经反馈、基于脑磁图(Magnetoencephalography, MEG)的神经反馈以及基于脑皮层电图(Electrocorticography, ECoG)的神经反馈方式。
本期我们主要围绕脑磁图(MEG)技术进行探讨。
什么是脑磁图(MEG)
脑磁图（MEG）是一种通过测量脑磁场信号，对脑功能区进行定位及评价其状态的新技术，具有对人体无侵袭和无损伤等特点，目前已在人脑的功能研究和临床上进行应用。
脑磁图对脑电磁场监测的生理学基础
神经元在兴奋时通过膜内外离子通道的开闭产生随时间变化的电流，一般情况下，通过神经生理手段记录到的单个神经元兴奋产生的电位变化在几十毫伏水平，其产生的微弱磁场几乎不可能在头皮上被监测到。
因此，形成一个可监测的脑磁图信号需要大量神经元放电的叠加。
基于神经计算模型和经验数据，大约10000—50000个排列一致的神经元几乎同时放电可以产生一个宏观上可以监测到的电磁信号。
人类大脑皮层中，每平方毫米中大约有100000个神经元锥体细胞，平均每个神经元有上千个突触，同时在皮层中多数神经元是垂直于皮层表面的，在局部具有方向一致性，这构成了宏观可监测的脑电磁信号的生理基础。
同时包括颅骨在内的所有脑组织的磁导率几乎是相同的，也就是说大脑对于磁场的传播基本上是“透明”的，这为获得近乎无损的实时脑磁场神经信号探测提供了强有力的驱动。
但是想要记录这些近乎无损的神经磁信号却是非常困难的，典型的脑磁场在头皮外的强度介于10—100fT（1fT=10-15T）量级，约为地球磁场的亿分之一。
如何在相对巨大的地球磁场背景下和剧烈波动的外界电磁波动态干扰下实现极弱脑磁信号的探测与记录，在技术上给人类提出巨大挑战。
脑磁图（MEG）技术的起源与发展
1819年，丹麦物理学家汉斯奥斯特发现导体内的电流会在周围空间产生磁场。
1969年，Choen博士使用SQUID传感器装置（单信道的传感器）装置在他的研究所的磁场屏蔽室内完成了人类第一次脑磁场测量。
1972年，美国 《科学》 杂志发表了Choen博士的题为“用超导磁场计探测脑的电气活动”的论文，从此揭开了用超导技术探测人脑生物磁场奥秘的篇章。
19世纪80年代，随着计算机技术的不断发展和应用软体技术的开发，MEG由单信道发展成37 信道传感器装置，并用于癫痫的诊断和一些脑功能方面的研究。
19世纪90年代，全头型的多信道MEG测量系统研制成功，只需一次测量就可采集到全头的脑磁场信号。而且可与MRI或CT等解剖影象信息叠加整合，形成脑功能解剖学定位，准确地反映出脑磁场瞬时的功能状况，使用方便快捷，并应用于神经科学、神经外科学、癫痫、小儿神经疾病等临床科学的研究。
21世纪初，在全头型MEG系统技术成果的基础上又研究成功胎儿MEG仪，可对胎儿脑、心脏等脏器进行磁场信号的检查，进一步推动了MEG的发展与应用。
基于脑磁图的神经反馈系统的组成部分
基于脑磁图（MEG）的神经反馈系包括四个最主要的组成部分，分别是：①磁屏蔽系统：确保脑磁信号不被外界磁场干扰；②脑磁图测量装置：主要为超导量子干涉仪及探测线圈组成；③刺激系统：如声音刺激装置、视觉刺激装置等；④信息综合处理系统：主要由分析工作站组成。
脑磁图与脑电图的区别
尽管信号来源相同，脑电和脑磁在信号构成和特征上还有着显著的区别。
1.脑磁图主要测量细胞内电流产生的磁场，脑电图主要测量的是细胞外容积电流产生的电位。
2.脑磁图测量的是神经元在颅外产生的磁场，不受头皮、颅骨、脑脊液的影响，定位精确；脑电图测量的是电流在穿过不均匀的头皮、颅骨、脑脊液时电流发生衰减后的电位 ，由于上述组织对电的传导性不同，电流在穿过上述组织时方向发生偏转，导致脑电图定位不准确
3.脑磁图操作简便，不需要电极
4.从经济上讲，脑磁图设备昂贵，检查费用高，脑电图价格便宜。
脑磁图的应用研究
一、基础研究方面
MEG可用于听觉、视觉、语言、运动、脑细胞信息处理、胎脑发育、记忆、智力、睡眠与心理研究等众多领域。使用MEG可以对在大脑皮质中和感觉信息处理相关的数个区域进行分析。
1.MEG能够定位听觉中枢，显示出听觉脑神经组织，进行注意力效果的测定。
2.MEG对视觉中枢也能够明确定位，并且容易测量到与视网膜关联的脑神经组织，以及相关的病理学状态，并能评价其视觉功能上的特殊性。
3.MEG能够用于辨别大脑皮质中进行语言处理的区域，使语言与脑功能区的研究更加方便和深入。
目前MEG已应用于一系列的脑神经科学、精神医学和心理学方面的研究，为揭示思维的本质，了解人为什么成为有个性、有感情、有思想的生命体提供了非常有效的研究途径。
二、临床医学的应用
1.颅脑手术前脑功能区和手术靶点定位
在MEG之前，只能根据MRI或CT等常规影像学检查结果及临床经验进行估计。当病变与脑功能区关系密切或已侵犯功能区时，病变往往使脑的正常解剖结构发生位移或变形，依靠常规影像学检查，很难准确判断功能区的位置。许多神经疾病由于没有明显的结构异常，因此很难用影像学检测手段判断病灶。
2.癫痫病灶的定位
癫痫是一种由于脑部神经元反复异常放电而致短暂脑功能失常的疾病，是神经科仅次于脑血管病的第二大顽症。确定诱发癫痫发作的局限性区域是一个还是多个，确定这些区域的位置，以及确定这些区域是否靠近重要的脑功能区域，对采取正确的手术方案和取得较满意的治疗效果十分重要。
研究表明：大约只有 20 %的癫痫手术患者可只通过图像数据进行诊断，其余的则需通过脑功能图像进行定位。应用头皮EEG描记定位的仅为30%-40% , 可靠性较低，不能为治疗提供足够的定位及功能方面的信息。
MEG可检测到直径小于2mm的癫痫灶，并能将其焦点位置定位在MRI或CT上，形成集病灶与脑重要功能区为一体的解剖或功能形态学影像，这也为外科手术治疗顽固性癫痫提供了准确的定位诊断，临床符合率可达80 %以上。
3.脑功能损害判定
MEG还常用于神经病理及功能性缺损的判定，如脑外伤的评估、患者神经状态的测定、神经药物有效性的评价等。
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参考文献：
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作者：石子
整理/排版：石子
校对：喵君姐姐、Ting Zhang
