健康青年倾斜台试验中脑电与心电信号连接性的低频同步化特征分析

《BMC Neuroscience》：Changes in EEG and ECG signal connectivity during tilt table testing in healthy young adults without syncope

本研究针对倾斜台试验（TTT）中脑电（EEG）与心电（ECG）信号同步性缺乏定量分析的问题，通过连续小波变换（CWT）和小波双相干性（WB）分析19名健康男性在45°倾斜过程中的神经心脏交互特征。研究发现垂直化后心率显著增加（p<0.005），EEG活动虽无显著变化，但ECG与EEG在低频段[0.25;0.75] Hz的WB同步性增强，高频段[0.75;1.5] Hz同步性降低，揭示了体位变化下神经心血管耦合的新机制，为无晕厥TTT研究提供了生理学基准。

　　

当人体从平躺突然转为直立时，心血管系统和大脑需要快速协调以维持血压和意识清醒。倾斜台测试（TTT）作为临床评估体位适应性的金标准方法，过去五十年间广泛应用于晕厥机制研究，但大多数研究聚焦于晕厥或晕厥前状态下的脑电活动突变，缺乏对健康个体在无晕厥状态下神经与心脏信号交互的精细量化分析。更关键的是，传统研究多依赖于视觉判读或简单频谱分析，难以捕捉EEG和ECG信号间非线性的动态耦合特征。这种空白使得我们难以区分哪些是体位变化的正常生理反应，哪些是病理状态的前兆。为此，由Anastasiya Runnova和Anton R. Kiselev领衔的团队在《BMC Neuroscience》发表最新研究，首次通过小波双相干性（WB）这一高阶统计工具，揭示了健康青年在轻度倾斜测试中EEG与ECG信号同步性的“低频增强、高频减弱”的逆向调控模式，为神经心脏交互研究提供了新的量化范式。

研究采用的关键技术包括：基于19名健康男性志愿者的倾斜台测试（45°倾斜角）同步采集EEG（19通道）和ECG（1000 Hz采样率）信号；通过连续小波变换（CWT）分析EEG的δ（1-4 Hz）、θ（4-8 Hz）、α（8-12 Hz）、β₁（12-20 Hz）、β₂（20-30 Hz）、γ（30-40 Hz）节律能量；利用小波双相干性（WB）计算ECG与各EEG通道在Δf₁[0.25;0.75] Hz、Δf₂[0.75;1.5] Hz、Δf₃[1.5;2.5] Hz、Δf₄[1;4] Hz频段的相位同步强度；使用Mann-Whitney U检验进行统计学比较（p<0.005为显著）。

ECG分析

心率在垂直化后从平卧时的1.0-1.05 Hz显著升至1.3-1.4 Hz（p<0.005），Bland-Altman分析证实变化幅度可控。一名初始心率较低（0.8 Hz）的志愿者在倾斜后心率仅增至1.25 Hz，反映个体差异下的代偿稳定性。

EEG分析

CWT能量分析显示，δ和θ频段在垂直化后出现最大差异，但整体EEG活动无统计学显著变化，表明无晕厥状态下大脑皮层电活动保持稳定。

EEG和ECG同步性分析

WB分析揭示逆向同步模式：在Δf₁低频段，所有EEG通道（尤其O2、T5、T6等枕颞区）与ECG的同步性显著增强；而在Δf₂高频段同步性明显下降。Δf₄宽频段分析则掩盖了此差异，凸显细分频段的重要性。

时间动态分析进一步显示，平卧期WB同步性稳定，倾斜后低频同步性在5-10分钟内逐步上升（F3通道呈现“激增-回落-稳定”的三相变化），高频同步性则呈阶梯式下降。

差异分布图直观呈现Δf₁和Δf₂频段同步性变化的逆向空间模式，T5、T6、T3通道低频同步性增幅最大，F8通道高频同步性降幅最显著。

研究结论指出，WB同步性的低频增强可能与脑干呼吸中枢对心率的调制有关。作者提出创新假设：ECG中低于基础心率（0.25-0.75 Hz）的P-QRS-T波形波动成分，可能承载类似心率变异性（HRV）的自主神经调节信息，且因ECG信号的高分辨率（1000 sps）比传统HRV序列（通常4 sps）更适于耦合分析。这一发现将神经心脏交互研究从“心率波动”层面推进至“心电波形波动”层面，为倾斜台测试提供了新的生物标记物分析维度。研究的局限性包括样本量较小（19人）、未纳入女性志愿者及激素水平控制，但作为探索性工作，其方法学框架为未来病理状态对比研究奠定了基准。正如团队所强调：“低频成分的P-QRS-T变异性或将成为揭示神经心脏耦合机制的新钥匙。”