大腦與腦波

一、大腦皮質的結構與功能

腦可區分為大腦、小腦與腦幹等三部份；大腦可分為左右大腦半球，由胼胝 體作溝通連結，擁有 140 億個神經細胞，而神經細胞無法單獨運作，必須伸出軸 突，與對方之神經細胞的突觸相結合而構成神經迴路，才能發揮大腦的機能。

大腦皮質覆蓋在大腦外層，僅有數毫米的厚度，是大腦最重要的結構，大腦 皮質外觀看來是不平整、有皺摺的，此些不平整的部份稱為腦回（gyrus），皺摺處 稱為溝（sulcus），若將人類大腦皮質攤平，面積大約是五十公分見方，由顏色區 分可分為皮質表面正下方的灰白質，再下方為白質，由形狀和功能不一的神經細 胞構成層狀構造，可細分為六層，每一層皆互相決定腦的哪一部分會與軸突（axon）

相結合（楊大和、饒怡君譯，2003；高淑珍譯，2008）。

由大腦皮質功能來看，大腦皮質可粗分為四個聯合區；額葉（frontal lobe）、

顳葉（temporal lobe）、頂葉（parietal lobe）和枕葉（occipital lobe）是人類高度認 知機能的基礎（游婷雅譯，2004），圖 2-1-1 是一位臉朝向左邊，拿掉頭蓋骨後的 大腦皮質側面圖。

圖 2-1-1 大腦四大聯合區（引自：wikipedia, 2010）

額葉的主要功能，黑谷亨指出為能注意外界的動態，接收刺激加以分析，

並推論出不足的訊息，針對這些刺激從多種選項中選出最具效果的回應的意志 作用（高淑珍譯，2008）。森昭雄在研究中亦發現，額葉能將記憶中的事物相 互組織並創造新的東西，並負責把理性、注意力、思考、意念及情緒轉換成行 動，此外，任性的態度、沒常識的措辭或暴力行為等是代表前額葉功能低落（張 麗瓊譯，2005）。

顳葉，前端與額葉相隔，後端與頂葉、枕葉相隔，不僅執掌聲音的處理，顳 葉前方的細胞會對特定的視覺刺激反應，譬如：臉、動物的種類。頂葉位於額葉 後方，與額葉被中央溝方開，以自我為中心點認知自己的身體或周遭的物體在何 處，此部位受損的患者會出現半側空間忽視（unilateralspatial neglect, USN）的症 狀，主掌感覺功能，特別是觸覺及視覺。枕葉位於頂葉的後下方，整個大腦皮質 的最後端主要功能為視覺處理、空間工作記憶（高淑珍譯，2008；楊大和、饒怡

表 2-1-1 大腦四大聯合區的位置與功能

結 構 位 置 相 關 功 能

額葉 frontal lobe

腦皮質的最前方，位於額 temporal lobe

腦皮質的側邊，位於耳朵 parietal lobe

腦皮質上後方的部位。 以自我為中心點認知自己的身體或周 occipital lobe

腦皮質後方，位在頭後側

二、腦波

（一）腦波的發現

1875 年，Richard Caton 最先從兔子的大腦皮質發現動物腦波的存在，直至 1929 年，Hans Berger 才正式發表人類首次的腦波紀錄（陳威宏，2004）。腦部是神經元 的集合體，其活動伴隨著帶電現象，因此，若在大腦頭皮上安裝電極則能偵測出 神經元的活動狀態，會記錄到+30μV～-50μV 左右微弱且頻率不同的電現象。此種 記錄而得的電活動稱為腦電圖，一般俗稱為腦波，與呼吸、心跳無關，可作為探 索大腦功能與神經網絡運作的解讀工具，現今更廣泛應用於探究大腦在進行心智 活動時的運作機制（張春興，1991；張麗瓊譯，2005；Wikipedia, 2009）

（二）腦波－大腦皮質神經元的活動

腦部神經細胞中的神經膠質細胞（glial cells），其主要的功能為穩固大腦的結 構、形成神經細胞軸突上的髓鞘（myelin sheath），以促進傳導速度、作為神經細 胞的支架、吸收或移除神經突觸間傳送的神經傳導物質，另一則為負責傳遞訊息 的神經元（neurons）神經元的形狀主要由細胞本體（cell body soma）、樹突

（dendrites）、軸突（axon）等三部份所構成，其中細胞本體有細胞核，本體的外 膜向外伸展形成如樹枝狀的部份稱為樹突，由其他神經元延伸而來的軸突與此樹 突連接的部份就構成接收訊息的突觸（synapse）（楊大和、饒怡君譯，2003；游婷 雅譯，2004；高淑珍譯，2008），如圖 2-1-2 所示。

圖 2-1-2 大腦神經元（引自：wikipedia, 2010）

若是神經細胞的興奮性突觸開始活動，突觸後細胞膜電位（-70 μV）會呈 現去極化，若此大小若超過閾膜電位，該神經細胞就會產生帶有固定振幅的動 作電位（+30μV ～ -50 μV），而神經細胞則把此種動作電位的電訊號於突觸部 位轉換成化學訊號，再傳送至下一個突觸，此神經細胞後突觸電位變化的紀錄 即為腦波（高淑珍譯，2008）。

（三）腦波的頻率

大腦皮質所紀錄的腦波頻率為具有規律活動的瞬時電流，依其頻率可分為 Delta 波、Thea 波、Alpha 波、Beta 波及 Gamma 波等（Wikipedia, 2009；陳威宏，

2004；陳烜之，2007）。以下表 2-1-2 說明解釋各個腦波的頻率及其代表的特徵：

表 2-1-2 腦波的頻率及特徵

類 型 頻 率 特 徵

Delta 0 ～ 3 Hz 具有最高的振幅和最低的波長，一般情況下在成人 睡眠的第3 階段會被發現。

Thea 4 ～ 7 Hz 通常會在幼童身上發現，或處於警覺狀態下的兒童。

Alpha 8 ～ 12 Hz

最先被發現的腦波，存在於閉眼、放鬆的狀態，但 會隨著張眼、進行心智活動、情緒緊張等狀態受到 抑制而減少，此波可讓大腦在不工作時處於休息的 狀態，暫時關閉訊息的閘門，使大腦隨時處於可立 即工作的狀態。

Beta 12 ～ 30 Hz 振幅較小，頻率較快與警覺性思考和活動專注相關 聯。

Gamma 26 ～ 100 Hz

呈現不同神經元數量的神經網絡為了執行特定認知 或某種運動功能。

資料來源：研究者整理

由上述腦波的頻率與其特徵觀之，可發現腦波頻率在12 Hz 以下時，大腦當下 處於放鬆狀態，而腦波在頻率在12 Hz 以上時，大腦則處於專注的狀態。

（三）腦波的測量方法

腦波的生理電位通常很微弱，大約在5 μV～30 μV 左右，型態屬於 0.5～60 Hz 的交流訊號。作腦波測量測時必須按照「國際10-20 腦波電極配置法」操作標準黏 貼電極，如圖2-1-3，操作標準黏貼電極流程如下（阮致維，2005）：

1. 頭部縱線以鼻根（nasion）和枕骨隆突（inion）之間作為劃分，將兩位置間 的全部距離定為10%、20%、20%、20%、20%、10%共6個部分（5個電極配置 點），名稱依序為Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz。

2. 頭部周線以鼻根（nasion）和枕骨隆突（inion）之間作為劃分，分為左半部 與右半部周線。將兩位置間的全部距離各定為10%、20%、20%、20%、20%、

10%共6個部分（5個電極配置點），以右半部來看從鼻跟至枕骨隆突間的5個 電極配置點依序為Fp2、F8、T4、T6、O2，左半部則依序為F p1、F7、T3、

T5、O1。

3. 頭部橫線以左右兩耳的耳前點（pre-auricular）之間作為劃分，將兩位置間 的全部距離定為10%、20%、20%、20%、20%、10%共6個部分，由左而右 名稱依序為T3、C3、Cz、C4、T4。

圖 2-1-3 國際 10-20 腦波電極配置法（Malmivuo ＆ Plonsey, 1995）

此系統確保各個腦波實驗室電極名稱的一致性，透過貼附於頭皮上電極的不 同輸入功率的放大器及濾波器，將腦部產生的生理訊號轉換為可見的波形變化。

腦 波 的 量 測 方 式 分 為 單 極 誘 導 （monopolar derivation ） 與 雙 極 誘 導 （ bipolar derivation）兩種類型。單極誘導使用一個探查電極（C3 或 C4）和一個參考電極黏 貼固定於頭皮表面，使用探查電極與參考電極之相對值作為比較，故能獲得最大

的腦波振幅。雙極誘導使用兩個探查電極（C3 與 F3 或 P3）和一個參考電極黏貼 固定於頭皮表面，兩探查電極皆能反映腦波訊號，故腦波振幅較小（阮致維，

2005），本研究腦波儀採用雙極誘導進行英語閱讀測量腦波變化。