探索脑电α波生物反馈技术
作者：邹明德
单位：上海华东理工大学自动控制与电子工程系 上海 200237
关键词：脑电α波节律；生物反馈技术；放松性警觉；忧虑状态；自我认识与自主调整；凑试法
北京生物医学工程000107 摘 要 研制了脑电α波生物反馈仪，并对120多位受试者进行了500多次反馈训练试验。其中20多位进行了10次左右试验，从对象自觉放松入静过程中检测EEG-α波变化幅度。随着训练次数增加，发现α波幅相对提高，前后相差近4倍。其中5位提高程度尤其显著，近7倍，另外10位对照组人员由于缺乏反馈信息，试验中α波幅提高进展不大，由t值检验确定概率p值小于0.001，判定用反馈仪训练脑电α波有序化相对效果显著。
An Exploration of Bio-Feedback Technique of EEG-α Rhythm
, 百拇医药
Zou Mingde
(East-China University of Science and Technology,Shang hai 200237)
Abstract
Electric brain α wave bio-feedback technology was studied.An instrument of brain α wave bio-feedback was developed.More than 500 times of feedback trainning tests were done for more than 120 subjects,where about 10 time of tests were done for more than 20 patients.Changes of amplitudes of EEG α waves were measured in the process of subjects' active relaxation of consciousness.Along with the increase of times of training,it was found the amplitudes of α wave increased also.The difference between the values before and after training was nearly 400%;where there were significant increases for 5 subjects:increase of nearly 700%.For other 10 surbjects,there was lack of feed back information;there was not much increase of amplitudes of α-wave.with the values of t,it was determined that the probability value of P was less than 0.001.Therefore,it was determined that by training with the feedback inserument,there were relatively significant results of orderliness of brain EEG-α wave.
, 百拇医药
Key words:EEG-α rhythm; Bio-feedback technique; Relaxed alerthess;Anxiety states;Self-consciousness and self-regulation;Try and error method
0 概 述
自古以来，人类梦寐以求洞察自身机能，自主调节机体内部功能。人类发现，要通过人体自身的心理活动控制相关的生理过程，必须能取得体内机能活动的准确信息，而且要有具备改变有关信息的心理指导。近40年来，研究用仪器检测身体内部生理信息，以视、听、触摸等方式回授给受试对象，训练人类识别这类信息，学习有意识控制自身的心理生理活动，达到调整机体功能，发挥人体潜力之目的。这就是生物反馈技术[1]。
通过生物反馈可以实现机体自我认识与自主调整，把控制焦点从依赖外界环境转移到内部自觉掌握。可成功地对体内某一系统、器官、神经组织，甚至单个细胞实现自主控制，以充分开发身体，高效运行体内机能。当代三分之二以上的人类疾病均可归根到生活过度紧张，思想忧虑引起。用生物反馈技术训练松驰身心，调节神经系统，解忧消愁，可以防治许多疾病，提高自身的免疫功能[2]。
, 百拇医药
神经心理学研究证实，人体脑电波中8～12赫频率的α波段是成年人在安静、觉醒状态下的主要活动节奏。在那些正以某种方式入静的放松者中间，脑波α成分有序化逐渐增强，而忧虑者则很少出现α波，代之以频率较高的β成分[3，4]。脑电α波生物反馈，就是用电子仪器处理脑电波中的α频谱，使受试者感受自身的α信息，学习有意识地运用心理过程来触发某种生理机制，强化α波段成分。
脑波处于α段时，人体进入‘放松性警觉’状态。主观感觉舒适、放松和注意力集中，身心沉浸在伸展想像力翅膀飞翔的幻想、沉思气氛之中。可以取得非凡的记忆力，高度专注和不同寻常的创造力。尤其高振幅的α波在沉思中能导致高效学习成果，是创意思维活动从酝酿到领悟的过渡过程，由此引导脑波频率进入低于α波段的θ状态，使思想处于非常开放，自由流通的创造境界[5，6]。
笔者认为，研制小型、简便的电子仪器探索脑电生物反馈领域，对神经生理学术研究与开发人体潜能的实践均有深远意义。80年代中期，在上海市高教局与华东化工学院科学基金资助下，开始研制脑电α波生物反馈仪。用研制成功的样机对120多位志愿试验者进行了五百多次历时年余的试验，终于通过专家鉴定。目前正进一步开展有关工作，研制小型袖珍机器，进行批量生产，以降低成本，争取普及和推广脑电生物反馈技术。
, 百拇医药
1 仪器研制
脑电α波生物反馈仪能够实时采集脑电波信号，获取α频谱。由声光反馈显示α成分的瞬间幅值变化。仪器要求抗干扰，保证检测到的脑波信号高度逼真。反馈信号应有利于诱导、支持和加强α成分。仪器设计要求有助于向受试对象提供强化α成分的策略信息，鼓励α成分的心理暗示信息，以及提高对象生物自觉性的经验信息。
图1 脑电α波生物反馈仪原理框图
系统结构原理框图如图1所示。系统部件包括双通道检测传感器，精度达1μV的高灵敏放大器，α频谱带通滤波器，显示α幅值的线性光标，阈值可随意调节的反馈音响设备，以及供外接记录或其他监控设备连接的输出插口。与美国纽约生物反馈仪器公司同类产品P-665相比，除声反馈作用相似外，本仪器专用于α频谱处理。配备特有的光标显示，不同于P-665多功能声反馈装置。为了方便科研需要，二只输出插口可外接记录仪，分别显示EEG波形与α成分。本机抗干扰性良好，正式投产时可缩小成袖珍携带式，方便使用。
, 百拇医药
2 实 验
为了用脑电反馈仪训练对象自主控制脑波，增强α波幅与分布量，在环境安静，光线较暗，周围无强电磁干扰的实验室内，年龄为19～22岁的男、女大学生志愿参加试验。其中坚持训练10次左右的约30位。分二组：学习组20位，对照组10位。每次训练时间约10～20分钟或更多。
试验时，受试者面对仪器正面面板安详坐下，目光注视显示光标。要求受试者平心静气、安逸放松。仪器的声光阈值预置较低位置。如果训练期间仪器光标闪烁频繁，或反映α波幅电平高度的灯序自低而高点燃，声响连连，则表示试验对象受到启示鼓励，脑波α成分的有序化程度正加强中，下次试验时宜适当提高阈值电平。
由于受试者在试验中注意力转为内向，减少了对外界环境的关心，随之减少了紧张、忧虑情绪及相应的心理压力。在训练过程中受试者自觉主动调控内部心理，有利于放松训练。脑波α节律与视觉机理间的关系对训练过程，尤其是选择相应的措施很有影响。本期试验中受试者通常都是张眼接受视觉反馈信号进行训练。
, 百拇医药
对照组试验时，令其背向仪器静坐。观察在缺少仪器指示，即无声光反馈信号时受试人员如何加强α有序化的效果。
3 结果分析
α波幅变化由暗红色光标显示。每次试验时预置第三号光点，光标亮区等于全长的十分之三，用α指数3表示，对应于脑波10赫有效值10μV，即峰-峰值28.28μV。
学习组20位受试者在反馈训练中，其α指数均值随训练次数增加而逐渐上升，10次训练结果，α波幅增大了2.98倍(表1)。其中5位效果尤其明显，α波幅变化训练前后相差6.94倍(表2)。引人注目的是反馈效果明显者，与创造性智力相关，有待于今后专题探讨。对照组10位学生，由于缺乏反馈信息，训练过程中α指数反复波动，但不呈上升趋势。
表1 学习组、对照组反馈训练综合t检验数据记录 实验次数序号
, 百拇医药
α指数均值
概率P
学习组
1±s1
对照组2±s2
1
, 百拇医药
1.30±0.19
1.90±0.48
0.52
1.16
>0.05
2
2.70±0.40
1.83±0.37
0.54
1.60
>0.05
3
3.76±0.53
, 百拇医药
1.17±0.37
0.65
4.01
<0.001
4
4.71±0.58
1.50±0.38
0.69
4.63
<0.001
5
5.05±0.55
1.00±0.24
, http://www.100md.com
0.60
6.75
<0.001
6
4.47±0.64
0.89±0.19
0.67
5.36
<0.001
7
5.22±0.73
0.56±0.17
0.75
, 百拇医药
6.22
<0.001
8
4.93±0.68
0.80±0.14
0.69
5.95
<0.001
9
5.20±0.69
0.50±0.18
0.71
6.59
, 百拇医药
<0.001
10
5.18±0.74
1.00±0.00
0.74
5.65
<0.001
表2 反馈训练中效果显著的5位学生数据记录 实验次数序号
α指数均值′1
标准差S′1
, 百拇医药
标准误S′
实验次数序号
α指数均值′1
标准差S′1
标准误S′
1
1.20
0.447
, http://www.100md.com
0.20
6
7.00
2.55
1.14
2
-
-
-
7
9.00
1.73
0.77
, 百拇医药 3
4.25
1.890
0.85
8
8.75
1.89
0.85
4
5.67
2.080
0.93
9
, 百拇医药
8.50
2.38
1.06
5
7.20
2.170
0.97
10
8.33
2.89
1.29
学习组与对照组反馈训练综合t值检验数据记录见表1。统计结果反映学习组与对照组试验差异十分明显。概率p值小于0.001，判定用本仪器训练脑波α成分有序化程度相对无仪器指导自发训练有明显效果。
, http://www.100md.com
实验发现，受试者事先明确训练目的意义，容易发挥主动精神。凡动机强烈，训练中默契配合者，α指数明显增长，多数受试者反映，张开眼睛试验，效果较闭眼静坐为好，周围气氛安静，光线暗淡，效果增强。
4 结 论
脑电α波生物反馈仪可以在一般居住环境中检测人体脑波信息，由声光显示反馈α频谱的瞬变大小。通过生物反馈使对象自主控制脑波幅值，增强α节律有序程度，对松驰身心，防治疾病，开发人体潜能有促进作用。
本研究得到了市一医院蔡大卫教授，中国科大张作生教授和市气功研究所胡森歧医师的关心和帮助，在此衷心感谢。
作者简介：邹明德(1939—)，男，1960年毕业于北京邮电学院，在上海华东理工大学自动控制与电子工程系任教，教授。
5 参考文献
, 百拇医药
[1] Yates A J.Biofeedback and the modification of behavior.Plenum Press,New York,USA.1980,Ch.2,5:268-310
[2] Brown B B.Stress and art of biofeedback.Harper & Row Publishers.1977,P228-243
[3] Kiloh L G,McComas A J,et al.Clinical electroencephalography.Butterworths & Coltd,1981,ch.4:P64,Ch.9:P198-211
[4] 李翼鹏，等译.心理学的自然科学基础.科学出版社，1984，P113-120，133-150，175-190
, 百拇医药
[5] Herrmann N.The whole brain business book.McGraw-Hill Int'l Enterprises Inc.1996,ch.22:253-270
[6] Gordon D,Jeannette V.The learning revolution.Sun YA Publications(HK)Ltd.1977,ch3：p85-120
[7] Basmajiam J V.Biofeedback,principle & practice for clinicians.Williams & Wilkins,Baltimore,USA,1983,Part 1:P1～36，Part5:P317-340
(1998-10-26收稿), 百拇医药
单位：上海华东理工大学自动控制与电子工程系 上海 200237
关键词：脑电α波节律；生物反馈技术；放松性警觉；忧虑状态；自我认识与自主调整；凑试法
北京生物医学工程000107 摘 要 研制了脑电α波生物反馈仪，并对120多位受试者进行了500多次反馈训练试验。其中20多位进行了10次左右试验，从对象自觉放松入静过程中检测EEG-α波变化幅度。随着训练次数增加，发现α波幅相对提高，前后相差近4倍。其中5位提高程度尤其显著，近7倍，另外10位对照组人员由于缺乏反馈信息，试验中α波幅提高进展不大，由t值检验确定概率p值小于0.001，判定用反馈仪训练脑电α波有序化相对效果显著。
An Exploration of Bio-Feedback Technique of EEG-α Rhythm
, 百拇医药
Zou Mingde
(East-China University of Science and Technology,Shang hai 200237)
Abstract
Electric brain α wave bio-feedback technology was studied.An instrument of brain α wave bio-feedback was developed.More than 500 times of feedback trainning tests were done for more than 120 subjects,where about 10 time of tests were done for more than 20 patients.Changes of amplitudes of EEG α waves were measured in the process of subjects' active relaxation of consciousness.Along with the increase of times of training,it was found the amplitudes of α wave increased also.The difference between the values before and after training was nearly 400%;where there were significant increases for 5 subjects:increase of nearly 700%.For other 10 surbjects,there was lack of feed back information;there was not much increase of amplitudes of α-wave.with the values of t,it was determined that the probability value of P was less than 0.001.Therefore,it was determined that by training with the feedback inserument,there were relatively significant results of orderliness of brain EEG-α wave.
, 百拇医药
Key words:EEG-α rhythm; Bio-feedback technique; Relaxed alerthess;Anxiety states;Self-consciousness and self-regulation;Try and error method
0 概 述
自古以来，人类梦寐以求洞察自身机能，自主调节机体内部功能。人类发现，要通过人体自身的心理活动控制相关的生理过程，必须能取得体内机能活动的准确信息，而且要有具备改变有关信息的心理指导。近40年来，研究用仪器检测身体内部生理信息，以视、听、触摸等方式回授给受试对象，训练人类识别这类信息，学习有意识控制自身的心理生理活动，达到调整机体功能，发挥人体潜力之目的。这就是生物反馈技术[1]。
通过生物反馈可以实现机体自我认识与自主调整，把控制焦点从依赖外界环境转移到内部自觉掌握。可成功地对体内某一系统、器官、神经组织，甚至单个细胞实现自主控制，以充分开发身体，高效运行体内机能。当代三分之二以上的人类疾病均可归根到生活过度紧张，思想忧虑引起。用生物反馈技术训练松驰身心，调节神经系统，解忧消愁，可以防治许多疾病，提高自身的免疫功能[2]。
, 百拇医药
神经心理学研究证实，人体脑电波中8～12赫频率的α波段是成年人在安静、觉醒状态下的主要活动节奏。在那些正以某种方式入静的放松者中间，脑波α成分有序化逐渐增强，而忧虑者则很少出现α波，代之以频率较高的β成分[3，4]。脑电α波生物反馈，就是用电子仪器处理脑电波中的α频谱，使受试者感受自身的α信息，学习有意识地运用心理过程来触发某种生理机制，强化α波段成分。
脑波处于α段时，人体进入‘放松性警觉’状态。主观感觉舒适、放松和注意力集中，身心沉浸在伸展想像力翅膀飞翔的幻想、沉思气氛之中。可以取得非凡的记忆力，高度专注和不同寻常的创造力。尤其高振幅的α波在沉思中能导致高效学习成果，是创意思维活动从酝酿到领悟的过渡过程，由此引导脑波频率进入低于α波段的θ状态，使思想处于非常开放，自由流通的创造境界[5，6]。
笔者认为，研制小型、简便的电子仪器探索脑电生物反馈领域，对神经生理学术研究与开发人体潜能的实践均有深远意义。80年代中期，在上海市高教局与华东化工学院科学基金资助下，开始研制脑电α波生物反馈仪。用研制成功的样机对120多位志愿试验者进行了五百多次历时年余的试验，终于通过专家鉴定。目前正进一步开展有关工作，研制小型袖珍机器，进行批量生产，以降低成本，争取普及和推广脑电生物反馈技术。
, 百拇医药
1 仪器研制
脑电α波生物反馈仪能够实时采集脑电波信号，获取α频谱。由声光反馈显示α成分的瞬间幅值变化。仪器要求抗干扰，保证检测到的脑波信号高度逼真。反馈信号应有利于诱导、支持和加强α成分。仪器设计要求有助于向受试对象提供强化α成分的策略信息，鼓励α成分的心理暗示信息，以及提高对象生物自觉性的经验信息。
图1 脑电α波生物反馈仪原理框图
系统结构原理框图如图1所示。系统部件包括双通道检测传感器，精度达1μV的高灵敏放大器，α频谱带通滤波器，显示α幅值的线性光标，阈值可随意调节的反馈音响设备，以及供外接记录或其他监控设备连接的输出插口。与美国纽约生物反馈仪器公司同类产品P-665相比，除声反馈作用相似外，本仪器专用于α频谱处理。配备特有的光标显示，不同于P-665多功能声反馈装置。为了方便科研需要，二只输出插口可外接记录仪，分别显示EEG波形与α成分。本机抗干扰性良好，正式投产时可缩小成袖珍携带式，方便使用。
, 百拇医药
2 实 验
为了用脑电反馈仪训练对象自主控制脑波，增强α波幅与分布量，在环境安静，光线较暗，周围无强电磁干扰的实验室内，年龄为19～22岁的男、女大学生志愿参加试验。其中坚持训练10次左右的约30位。分二组：学习组20位，对照组10位。每次训练时间约10～20分钟或更多。
试验时，受试者面对仪器正面面板安详坐下，目光注视显示光标。要求受试者平心静气、安逸放松。仪器的声光阈值预置较低位置。如果训练期间仪器光标闪烁频繁，或反映α波幅电平高度的灯序自低而高点燃，声响连连，则表示试验对象受到启示鼓励，脑波α成分的有序化程度正加强中，下次试验时宜适当提高阈值电平。
由于受试者在试验中注意力转为内向，减少了对外界环境的关心，随之减少了紧张、忧虑情绪及相应的心理压力。在训练过程中受试者自觉主动调控内部心理，有利于放松训练。脑波α节律与视觉机理间的关系对训练过程，尤其是选择相应的措施很有影响。本期试验中受试者通常都是张眼接受视觉反馈信号进行训练。
, 百拇医药
对照组试验时，令其背向仪器静坐。观察在缺少仪器指示，即无声光反馈信号时受试人员如何加强α有序化的效果。
3 结果分析
α波幅变化由暗红色光标显示。每次试验时预置第三号光点，光标亮区等于全长的十分之三，用α指数3表示，对应于脑波10赫有效值10μV，即峰-峰值28.28μV。
学习组20位受试者在反馈训练中，其α指数均值随训练次数增加而逐渐上升，10次训练结果，α波幅增大了2.98倍(表1)。其中5位效果尤其明显，α波幅变化训练前后相差6.94倍(表2)。引人注目的是反馈效果明显者，与创造性智力相关，有待于今后专题探讨。对照组10位学生，由于缺乏反馈信息，训练过程中α指数反复波动，但不呈上升趋势。
表1 学习组、对照组反馈训练综合t检验数据记录 实验次数序号
, 百拇医药
α指数均值
概率P
学习组
1±s1对照组
2±s21
, 百拇医药
1.30±0.19
1.90±0.48
0.52
1.16
>0.05
2
2.70±0.40
1.83±0.37
0.54
1.60
>0.05
3
3.76±0.53
, 百拇医药
1.17±0.37
0.65
4.01
<0.001
4
4.71±0.58
1.50±0.38
0.69
4.63
<0.001
5
5.05±0.55
1.00±0.24
, http://www.100md.com
0.60
6.75
<0.001
6
4.47±0.64
0.89±0.19
0.67
5.36
<0.001
7
5.22±0.73
0.56±0.17
0.75
, 百拇医药
6.22
<0.001
8
4.93±0.68
0.80±0.14
0.69
5.95
<0.001
9
5.20±0.69
0.50±0.18
0.71
6.59
, 百拇医药
<0.001
10
5.18±0.74
1.00±0.00
0.74
5.65
<0.001
表2 反馈训练中效果显著的5位学生数据记录 实验次数序号
α指数均值
′1标准差S′1
, 百拇医药
标准误S
′实验次数序号
α指数均值
′1标准差S′1
标准误S
′1
1.20
0.447
, http://www.100md.com
0.20
6
7.00
2.55
1.14
2
-
-
-
7
9.00
1.73
0.77
, 百拇医药 3
4.25
1.890
0.85
8
8.75
1.89
0.85
4
5.67
2.080
0.93
9
, 百拇医药
8.50
2.38
1.06
5
7.20
2.170
0.97
10
8.33
2.89
1.29
学习组与对照组反馈训练综合t值检验数据记录见表1。统计结果反映学习组与对照组试验差异十分明显。概率p值小于0.001，判定用本仪器训练脑波α成分有序化程度相对无仪器指导自发训练有明显效果。
, http://www.100md.com
实验发现，受试者事先明确训练目的意义，容易发挥主动精神。凡动机强烈，训练中默契配合者，α指数明显增长，多数受试者反映，张开眼睛试验，效果较闭眼静坐为好，周围气氛安静，光线暗淡，效果增强。
4 结 论
脑电α波生物反馈仪可以在一般居住环境中检测人体脑波信息，由声光显示反馈α频谱的瞬变大小。通过生物反馈使对象自主控制脑波幅值，增强α节律有序程度，对松驰身心，防治疾病，开发人体潜能有促进作用。
本研究得到了市一医院蔡大卫教授，中国科大张作生教授和市气功研究所胡森歧医师的关心和帮助，在此衷心感谢。
作者简介：邹明德(1939—)，男，1960年毕业于北京邮电学院，在上海华东理工大学自动控制与电子工程系任教，教授。
5 参考文献
, 百拇医药
[1] Yates A J.Biofeedback and the modification of behavior.Plenum Press,New York,USA.1980,Ch.2,5:268-310
[2] Brown B B.Stress and art of biofeedback.Harper & Row Publishers.1977,P228-243
[3] Kiloh L G,McComas A J,et al.Clinical electroencephalography.Butterworths & Coltd,1981,ch.4:P64,Ch.9:P198-211
[4] 李翼鹏，等译.心理学的自然科学基础.科学出版社，1984，P113-120，133-150，175-190
, 百拇医药
[5] Herrmann N.The whole brain business book.McGraw-Hill Int'l Enterprises Inc.1996,ch.22:253-270
[6] Gordon D,Jeannette V.The learning revolution.Sun YA Publications(HK)Ltd.1977,ch3：p85-120
[7] Basmajiam J V.Biofeedback,principle & practice for clinicians.Williams & Wilkins,Baltimore,USA,1983,Part 1:P1～36，Part5:P317-340
(1998-10-26收稿), 百拇医药