人体实验2

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【重要说明】人体生理实验仅为教学目的，实验中取得的记录不能作为诊断依据。如有医疗需求，请去咨询专业医务人员。

目录

1. 实验原理与基础知识
2. 实验目的
3. 实验对象与器材
4. 关键实验技术
5. 实验过程：1-脑电测定
6. 实验过程：2-反应时测定
7. 注意事项
8. 常见问题
9. 思考题、参考与拓展内容

实验原理与基础知识

一. 脑电记录

人类大脑皮层中存在上百亿个神经元，它们自发的电活动是感知、意识、思考、记忆等重要神经活动的基础。这些神经元的电活动以电位变化的形式投射到头部表面，可被置于头皮的引导电极捕获，经放大后描记的图形称为脑电图。脑电图的图像一般表现为高频而不甚规则的电位曲线，按频率、振幅等可分出若干个组分，每个组分具有一定特征，与特定的生理或病理情形相关。

通常而言，正常可出现的脑电图波形分为α波、β波、θ波与δ波四类。α波的频率在8~13Hz左右，主要出现在枕叶、顶叶脑区，表现为频率较高，幅度较小的波形，是成人安静、清醒、闭目时占主导的波形，代表清醒状态下大脑活动的背景信号。β波的频率在14~30Hz左右，主要出现在额叶、顶叶脑区，表现为频率高、幅度小的波形，是成人大脑警觉或活动时的重要标志，可能与GABA能中间神经元的活动相关。θ波的频率在4~7Hz左右，主要出现在颞叶、顶叶脑区，表现为频率较低、幅度较大的波形，常出现在青少年中，也在少年及青年人浅睡眠时出现，亦可在年轻人产生情绪反应期间观察到。δ波的频率在0.5~3Hz左右，主要出现脑区与θ波类似，表现为频率低、幅度大的波形，在成年人中见于熟睡状态下。

实际记录到的脑电波形与记录方式、受试者年龄、思维活动、情绪状态等都有关系。通常年龄越小慢波占比越多，反之亦然。一般可引发兴奋、警觉、焦虑的刺激或主动的思维活动都可使α波受到抑制，β波不变或增加。此外，当受试者存在中枢神经系统疾病时，脑电波及其对外界刺激等的响应也可表现出相应的病理变化，可以用于辅助诊断。

二. 反应时记录

反应时指个体从接受某个刺激作用到开始做出反应之间的时间间隔，也称为反应潜伏期。一般所称的反应时分为简单反应时、辨别反应时与选择反应时：简单反应时指一个单一刺激与受试者做出单一反应之间的最小的延迟时间；辨别反应时指受试者面对两个或多于两个刺激，但只需对某一特定刺激作出正确反应时，辨别并做出正确反应的时间延迟；选择反应时指刺激与需要作出反应的类型均有超过一种，受试者判断刺激类型并选择正确反应的时间延迟。反应时与反应时类型、刺激类型、受试者状态均有关系，也受记录和分析手段影响。多数情况下，同一刺激的辨别反应时长于简单反应时，选择反应时长于辨别反应时；在反应时类型固定的情况下，视觉刺激的反应时长于听觉刺激的反应时。但也需要注意，反应时在个体当中的差异明显，需要具体情况具体看待。

实验目的

• 学习用单极导联引导脑电图的方法
• 观察情绪和声光刺激对脑电波的影响
• 学习视觉与听觉简单反应时的测定方法
• 比较两种简单反应时的差别
• 学习测定视觉辨别反应时的方法
• 了解辨别反应时不同于简单反应时的特点

实验对象与器材

• 受试者（人），RM6240E型多道生理信号采集处理系统，反应时测定系统（含连接线与控制线），酒精棉球，生理盐水棉球，干棉球，电极贴片（带导电凝胶）或电极固定帽+小电极（用于头顶部记录），引导线，隔音耳塞。

关键实验技术

• 使用单极法描记脑电图的方法
• 脑电波形的简单分析
• 使用反应时测定系统测定反应时的方法

实验14 人体脑电图描记

一. 实验部分

• 正常记录

  受试者呈舒适坐姿，保持清醒状态和放松姿势。用75%酒精棉球擦拭头顶（或前额）、耳垂和左小臂内侧皮肤，并涂以生理盐水，将盘状引导电极放置于相应部位固定，头部电极用脑电帽固定，小臂电极可以用心电肢体夹固定。将数据线连接电极夹在盘状电极上，红色置于头顶或前额，绿色置于耳垂，黑色置于小臂。数据线另一端与人体机能实验系统通道1相连。

  打开系统软件，选择人体实验-“人体脑电图描记”实验，描记一段脑电曲线。注意每次波形记录时间不小于30秒，否则系统无法自动测量，后续分析无法进行。

  分析方法见数据分析一节。

• 睁闭眼试验

  受试者安静闭目，精神、肌肉放松，记录并观察脑电波波形。此时应出现α波及α节律。令受试者睁眼，记录并观察脑电波波形，计算各类脑电波含量变化，此时应出现α波抑制现象，当重复闭目时α波马上出现，此为睁闭眼试验。每次睁闭眼3~5s，间隔5~10s。

  由于本实验记录条件限制，能记录到的α波占比往往较少，现象可能不明显。不必担心，如实记录即可。

• 情绪和声光刺激对脑电的影响

  令受试者在安静闭目情况下接受任意形式的声音刺激（播放音乐等，形式自选），记录脑电波，计算各类脑电波含量变化，观察α波是否减弱或消失。

  令受试者在安静闭目情况下心算数学题（或其他需要思考的问题），观察记录脑电波变化。

  令受试者在安静闭目情况下，对着受试者打手电筒，或用光电刺激器闪光刺激受试者，观察记录脑电图波形改变。

  推荐每次刺激5~10s，间隔5~10s。

二. 数据分析

关于不同脑电波的释读，可参考文末推荐阅读中的相关资料。

在软件中打开一段脑电曲线记录，在软件工作界面左侧点“选择”→“脑电图分析”，即可自动计算选定区域内各种频率脑电波的含量。注意选定区域不能小于30s，否则无法计算。

也可以在左侧“选择”下拉菜单中选择“数字滤波”，用滤波功能滤除不想看到的频率范围，只保留特定频率范围，观察脑电波图像的变化，辨认不同频率成分。

低通：滤除选定频率以上的波，保留频率更低的波。

高通：滤除选定频率以下的波，保留频率更高的波。

带通：滤除选定频率范围外的波，保留该范围内的波。

带阻：滤除选定频率范围以内的波，保留其他频率的波。

此外，还可以在“选择”下拉菜单中选择“频率谱”，显示记录中各频率的成分多少。如想再查看原始波，只需在下拉菜单中再选择“原始波”即可。

注：下方的频谱并非脑电图像的频谱，仅作示例。

实验15 人体反应时测定

关于此处可能的仪器问题，请参见常见问题一节。

一般反应时不会短于0.1s，如果测得反应时过短，很可能存在仪器记录有误或受试者预判的情况，需要丢弃该组数据重测。

一. 简单反应时

接通仪器电源，反应时刺激器接1通道，主控（检查者）和被测（受试者）控制器分别与反应时刺激器相连。检查者拨动信号发生开关，在光或声刺激呈现的同时，计时器立即进行计时。受试者按压控制器按钮，停止计时。打开软件，选择“人体反应时的测定”实验，在控制界面选择刺激方式，准备开始记录。注意，界面上的选项不影响实际刺激是什么（这个需要在刺激器背面手动设置），但会影响记录的刺激方式，因此依然建议调到跟实际刺激一致，避免后续分析数据时混淆。

练习阶段：刺激器放在离受试者1m处，受试者以右手食指轻触按键。检查者在发出“预备”口令后约2s呈现刺激。受试者当感觉到刺激出现时，立即按压按键，计时器停止计时，检查者记下成绩，如果反应有意义则记为“正确”，如果无意义（例如由于仪器故障或受试者分心等）则记为“错误”。练习实验可作2~3次。

测试阶段：刺激呈现按“红—短声—绿”方式安排，每单元各作10次，总次数为30次。为了检查受试者有无超前反应，在每单元的10次实验中插入1次“检查实验”。如受试者发生对“空白刺激”作出反应，检查者根据反馈信号提供的信息须宣布该单元实验结果无效，重做10次。每做完10次后，休息约1min，再做下一组10次。

二. 辨别反应时

练习阶段：接通仪器。检查者告知受试者将要对“红”或“绿”哪种颜色的光刺激进行检测，然后令受试者用隔音耳塞塞住耳朵，以免听到检查者操作刺激呈现器的声音。检查者随机按下“红”或“绿”光按键，让受试者看到某一特定颜色光时迅速按下反应键。计时器记下时间，练习实验可做4~5次。

测试阶段：两种色光刺激各呈现至少10次，随机排列。检查者呈现刺激与受试者反应方式同预备实验。如果反应错了，计时器不计时间，检查者根据反馈信号提供信息，安排受试者重做一次。每做完10次，休息约1min，再做下一组10次。

三. 结果处理

实验结束后，建议将结果拍照保存。计算个人对不同色光的辨别反应时的均值与标准差、个人视觉与听觉反应时的均值与标准差。比较同种刺激的简单反应时和辨别反应时的区别。讨论分析时，可参考文末的推荐阅读文献。

注意事项

• 检查者与受试者必须认真按照操作要求进行实验。
• 在做辨别反应时实验时，受试者必须根据检查者发出的信号做出相应的反应，不要按照自己的猜测或听到的预告信号做出反应。如有这种情况，需要再做一次。

常见问题

一. 脑电部分

1. 波形一直显示得不怎么正常，怎么办？

   一般是电极片接触不良或连接错误所致。贴电极片时务必贴紧，电极片上自带导电凝胶，擦拭贴电极片处的生理盐水用量可适量少一些，以免电极片松动。

   如有必要，更换记录线再进行记录。

2. 用系统自带的脑电图分析，得出的α波和β波比例很低，是什么情况？

   正常现象，为本实验记录方法的限制造成。脑电记录除了与受试者的情况有关外，也会在很大程度上受到记录方式的影响。

3. 我在自己的电脑上用不了脑电自动测量！怎么办？

   也是一个常见但严重的问题。首先与你的实验搭档交流，如果两方电脑都确实无法分析数据，尽快联系指导老师，申请在空闲时去往生理实验室，用实验室的电脑分析。

二. 反应时部分

1. 我的仪器老是不按我想的来，怎么办？

   反应时刺激器有时候会出各种奇怪的问题，例如“准备”后按动手柄计时器却没反应、受试者按手柄时计时器却不停止等。目前作者没有找到很好的解决办法，但一般这些问题都不会是持续的，至多让一次试验数据报废，需要重测一次。请大家保持耐心，多多试验，摸索仪器的脾气，一出问题及时标记，避免将有问题的数据计入分析中，就不会影响最终实验结果的处理。

思考题、参考与拓展内容

选做实验：盲点的测定与声音传导途径

一. 盲点测定

背景：视网膜在视神经穿出部，即视神经乳头部（视盘）缺乏感光细胞，外来光线在此处成像时不能形成视觉，称为生理性盲点，位于视网膜中央凹鼻侧的位置，直径约1.5mm。由于盲点的存在，视野中必然存在盲点投射区，通过测定盲点投射区的范围，再根据物体成像规律，便可计算出盲点的大小。

所需材料：铅笔、米尺、遮眼板与白纸。

实验过程：

将一张白纸用磁铁固定在白板上，在纸的左边与受试者眼平行的地方用黑色墨水划”+”标记（直径不超过0.5cm）。受试者眼与“+”标记相距50cm，用遮眼板遮住左眼，右眼垂直注视“+”标记，检查者将铅笔杆用白纸卷住，只露笔尖，将铅笔尖自“+”标记处沿水平线慢慢向右侧移动，当移动到受试者眼睛的余光刚刚看不见笔尖时，检查者在此作一个记号，然后继续向右水平移动，当受试者又看见笔尖时，再作一记号。

由所记下的两个记号连线中点起，分别沿各个方向移动笔尖，找到并记下看不见笔尖和笔尖又被看见的交界点。将所记下的各点依次连接起来，所得大致呈圆形的圈，即为受试者右眼盲点投射区域（一般直径约5cm）。盲点本身的直径可以用盲点投射区域直径的0.03倍进行估算。用同样的方法测量左眼的盲点投射区及盲点的直径。

二. 声音传导途径

背景：声音传至内耳的途径有两条：其一为声波－（外）耳道－鼓膜－听骨链－内耳，这是声波传导的主要途径，称为空气传导（简称气导）；其二为声波－颅骨－耳蜗骨壁－内耳，称为骨传导（简称骨导）。正常人空气传导的效率远大于骨传导，但当空气传导受阻时，骨传导的效率则相对增强。

所需材料：隔音耳塞与音叉。

实验过程：

比较同侧的空气传导与骨传导：室内保持安静，受试者背对检查者而坐，检查者敲响音叉后，立刻将音叉叉柄置于受试者的一侧颞骨乳突部，受试者可听到音叉的响声，且逐渐减弱。当受试者刚刚听不到声音时，立刻将音叉移至同侧的外耳道（离外耳道口约1~2cm，注意声波振动方向与外耳道方向一致），此时又可听到声音。先将音叉置于受试者外耳道口，当刚听不到声音时，再将音叉移至同侧颞骨乳突部，受试者仍听不到声音。此实验证明正常人空气传导效率大于骨传导。用隔音耳塞塞住受试者一侧外耳道口（相当于空气传导途径障碍），重复上述试验，则空气传导效率大大降低，甚至会等于或低于骨传导。

比较两侧耳的骨传导：将发音的音叉柄置于受试者前额正中发迹处，令受试者比较两耳的声音强度，正常两耳声音强度应相等。用隔音耳塞塞住受试者一侧耳孔，重复上述试验，此时，令受试者比较两耳声音强度，正常情况下被耳塞塞住的一侧感受的声音强度高于对侧。

参考与推荐阅读

1. 生理学实验指导.魏香、谢佐平、苏付荣，编著.清华大学出版社，2005.
2. 生理学实验指南. 项辉、龙天澄、周文良，主编.科学出版社，2008.
3. 生理学实验（第四版）.谢景田、刘燕强、崔庚寅，主编.高等教育出版社，2016.
4. 生理学（第二版）. 姚泰，主编. 北京：人民卫生出版社，2010.

脑电释读相关参考

Nayak CS, Anilkumar AC. EEG Normal Waveforms. [Updated 2023 Jul 24]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK539805/

反应时相关参考

Balakrishnan G et al. A comparative study on visual choice reaction time for different colors in females. Neurology research international 2014, 301473 (2014). doi: 10.1155/2014/301473. [在线阅读][查看PDF]

Jain A et al. A comparative study of visual and auditory reaction times on the basis of gender and physical activity levels of medical first year students. International journal of applied & basic medical research 5, 124–127 (2015). doi: 10.4103/2229-516X.157168. [在线阅读][查看PDF]