Delta 波是慢速、高波幅的腦電圖（EEG）振盪，通常定義為 0.5 – 4 Hz。
數十年來，高波幅 Delta 波幾乎等同於無意識、深度非快速動眼睡眠、全身麻醉、昏迷和植物人狀態。然而，越來越多的研究顯示，在完全清醒、有反應，甚至處於強烈迷幻狀態的人身上，也會出現顯著的 Delta 波活動。
什麼是 Delta 波？
Delta 波是腦部電活動的低頻模式。在非快速眼動（non-REM）睡眠的最深階段，當對外部環境的感知降低且身體進入高度恢復狀態時，它們會變得特別顯著。
因此，「delta 波睡眠」這一詞彙既指可測量的腦部節律，也指該節律最明顯的睡眠階段。值得注意的是，Delta 活動本身並不是衡量睡眠品質的完整指標。
Delta 波的特徵
Delta 波具有相對較長的週期和較低的頻率。在慢波睡眠期間，它們通常表現為神經元群之間大型、同步的振盪。這種同步性與對環境反應性降低以及正常睡眠週期中最深的部分有關。
Delta 活動是通過 EEG（腦電圖）來評估的，而不是僅通過消費級睡眠評分。臨床解讀會考慮完整的記錄、患者的年齡和狀況、信號中的偽影、藥物或物質暴露，以及大腦活動與呼吸和肌肉張力等其他測量指標之間的關係。清醒期間的 Delta 活動與睡眠期間的 Delta 活動可能具有不同的含義，這就是為什麼情境至關重要。
年齡也會影響慢波活動的數量和分佈。兒童和青少年通常比老年人表現出更多的慢波睡眠，而這種活動的深度和連續性可能會在整個生命週期中發生變化。這些正常的差異使得關於 Delta 活動「完美」數量的廣泛說法變得不可靠。
Delta 波如何在非睡眠狀態下產生
Delta 波源自大腦皮質本身。大腦皮質神經元的大型群體在高度興奮（「向上」）和低興奮（「向下」）狀態之間近乎同步地交替。Delta 波的振幅和斜率反映了同步振盪的神經元數量。
因為較慢的節律會募集特別龐大的細胞群，所以 Delta 振盪的頻率被認為與同步化人群的大小成反比——Delta 節律涉及的網絡遠比更快的 alpha 或 beta 節律更為廣泛。
這種皮質起源解釋了為什麼 Delta 需要完整的皮質。在 Assenza & Lazzaro 強調的中風模型中，消除傳入輸入的皮質下病變會引發覆蓋皮質的 Delta 活動，但直接損害皮質至近乎無聲狀態的病變則不會產生相同的 Delta 模式。換句話說，當皮質迴路仍在運作但與其正常的丘腦或皮質下驅動斷開連接時，就會產生 Delta。
在異丙酚（propofol）引起的意識喪失期間，Delta 與更深層腦部結構之間的關係變得更加清晰。根據 Boly 等人 的研究，隨著異丙酚的加深，Delta 到 alpha 範圍內的慢速活動會選擇性地上升。當研究人員使用動態因果模型來追蹤這些頻譜變化的來源時，他們發現轉向無意識狀態並不是由丘腦興奮性的進一步提升所驅動的；這種增加在輕度鎮靜的早期就已經發生了。
相反，意識喪失的特徵是從額葉到頂葉區域的後向皮質間連接性特異性下降。因此，雖然 Delta 是由皮質迴路產生的，但它的「意義」關鍵取決於這些迴路如何相互對話以及如何與丘腦對話。
高振幅 Delta 並不自動意味著「無意識」
長期以來，臨床醫生一直將高振幅 Delta 視為意識降低的警示信號。在許多情況下（如慢波睡眠、麻醉、癲癇發作後狀態），確實如此。
但 Frohlich 等人 2021 年的研究 記錄了一個令人震驚、且未被充分認識的清醒或有反應狀態清單，這些狀態同樣具有顯著的 Delta 特徵：
安格曼症候群（Angelman syndrome）
某些癲癇症
異丙酚麻醉期間的行為反應性
術後譫妄
解離狀態，例如作夢
強烈的迷幻體驗
較早的臨床報告補充道：
雷特氏症（Rett syndrome）
藍諾克斯-佳斯托症候群（Lennox-Gastaut syndrome）
思覺失調症
線粒體疾病
肝性腦病變
非驚厥性癲癇持續狀態
在這些情況下，Delta 的出現是如此可靠，以至於僅將 Delta 功率用作意識測量儀會將許多清醒、有意識的人錯誤地歸類為無意識。
解決這個悖論的方法在於將頻譜功率與 EEG 複雜度或熵的測量相結合。如果信號保持複雜且不可預測，富含 Delta 的 EEG 可以屬於清醒的大腦；當複雜度下降時，它能更可靠地發出無意識的信號。
Boly 等人的異丙酚數據強化了這一觀點。意識喪失不僅僅是「更多的 Delta」，而是額葉到頂葉反饋連接性的崩潰，這種轉變可能會減少整合資訊的處理。
因此，臨床醫生和研究人員應盡可能在檢查頻譜功率的同時，檢查連接性和複雜度。
清醒 Delta 與神經塑性
神經塑性是大腦終生調整突觸強度和重組網絡的能力。Assenza & Lazzaro 探討了 Delta 波是否可以作為神經塑性的非侵入性 EEG 標記。他們使用了一種稱為經顱磁刺激（TMS）的技術，具體而言是間歇性 theta 爆發刺激（iTBS）方案，以暫時增加健康清醒志願者的皮質興奮性。
在進行真正的 iTBS 後，Delta 功率有所增加。而在進行偽刺激後，則沒有增加。這種時間上的耦合表明塑性樣過程與 Delta 之間存在關聯，將 Tononi 及其同事的睡眠塑性研究延伸到了清醒狀態。
然而，作者明確將這些數據標記為相關性。未發現 Delta 功率與運動誘發電位振幅之間存在相關性，且 Delta 的增加在時間上並未與 TMS 引起的興奮性變化清晰分開。因此，確切的關係仍未確定。
中風中的 Delta 波
急性中風提供了一個大腦既受損又同時在重組的自然實驗。Assenza & Lazzaro 還回顧了相關證據，顯示受影響大腦半球上的 Delta 波是神經元功能障礙的敏感指標，與病變體積和急性神經功能缺損的嚴重程度相關。
如果 Delta 從受影響側擴散到未受影響的半球，預後似乎較差。重要的是，急性期的 EEG Delta 測量為三個月時的臨床康復提供了額外的預測價值，超出了臨床醫生僅憑床邊檢查所能估計的範圍。
與此同時，Delta 可能不純粹是損傷的跡象。在中風大鼠中，對側大腦半球的 Delta 似乎起到了大腦半球間纖維向受損側生長的「吸引指南」作用。同一篇綜述假設，在人類患者中，建立新連接的病灶周圍神經元可能會驅動更大的神經元群以 Delta 頻率進行振盪，這反映了一種試圖進行的神經重排。
因此，中風後出現的 Delta 可能既體現了初始損傷，也體現了正在進行但尚未完成的康復過程。同樣，該證據是相關性的；Delta 在塑造塑性或修復中的因果作用尚未得到證實。
非睡眠 Delta 與大腦清理
膠淋巴系統（glymphatic system）是一個沿著血管周圍空間並穿過腦組織移動腦脊髓液（CSF）的網絡，負責輸送營養物質並清除代謝廢物。
一項具有里程碑意義的由 Hablitz 等人進行的小鼠研究檢測了六種不同麻醉方案下的膠淋巴流入量，並將其與大腦活動和心血管測量指標進行了比較。在氯胺酮-木拉嗪（ketamine-xylazine）麻醉下，CSF 示踪劑的流入量最高，其次是輔以美托咪定（dexmedetomidine）和戊巴比妥（pentobarbital）的異氟醚（isoflurane）；在 α-氯醛糖（α-chloralose）、Avertin 和單獨使用異氟醚下，流入量較低。
當研究人員審視所有方案時，他們發現膠淋巴流入量與皮質 Delta 功率呈正相關，與 beta 功率和心率呈負相關。這是一個引人注目的發現，但它記錄的是麻醉動物中的一種關聯，而不是清醒人類中的因果機制。
「Delta 波可以淨化大腦」或清醒 Delta 能急劇增加膠淋巴流量的推論過度簡化了數據，且就非睡眠狀態而言，這些推論並未得到證據的支持。
Delta 波揭示了哪些關於大腦功能的信息
Delta 波可以出現在清醒且有反應的大腦中，包括迷幻狀態，其意義取決於大腦的整體連接性和信號複雜度，而非單純的振幅。這種轉變對於在臨床或研究環境中解讀 EEG 證據的人來說至關重要。
所回顧的研究還將清醒 Delta 與塑性和中風康復聯繫起來，但這僅僅是一種關聯，而非證實的因果關係。對於 Delta 與大腦清理液體流動之間的聯繫，也需要同樣謹慎，這些聯繫來自麻醉小鼠，並不能證實對人類有同樣的效果。
實踐經驗是，在對意識、損傷或康復得出結論之前，應將頻譜功率與複雜度和連接性測量相結合。
參考文獻
Assenza, G., & Di Lazzaro, V. (2015). A useful electroencephalography (EEG) marker of brain plasticity: delta waves. Neural regeneration research, 10(8), 1216. https://doi.org/10.4103/1673-5374.162698
Boly, M., Moran, R., Murphy, M., Boveroux, P., Bruno, M. A., Noirhomme, Q., ... & Friston, K. (2012). Connectivity changes underlying spectral EEG changes during propofol-induced loss of consciousness. The Journal of Neuroscience, 32(20), 7082-7090. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3769-11.2012
Frohlich, J., Toker, D., & Monti, M. M. (2021). Consciousness among delta waves: a paradox?. Brain, 144(8), 2257-2277. https://doi.org/10.1093/brain/awab095
Hablitz, L. M., Vinitsky, H. S., Sun, Q., Stæger, F. F., Sigurdsson, B., Mortensen, K. N., ... & Nedergaard, M. (2019). Increased glymphatic influx is correlated with high EEG delta power and low heart rate in mice under anesthesia. Science advances, 5(2), eaav5447. https://doi.org/10.1126/sciadv.aav5447
常見問題
什麼是 Delta 波？
Delta 波是通過 EEG 測量的慢速、高振幅大腦振盪，通常落在 0.5 到 4 Hz 範圍內。它們反映了節律性的神經元放電模式，其中大腦皮質神經元的大型群體在高度興奮和低興奮狀態之間進行同步。
為什麼 Delta 波在歷史上與無意識聯繫在一起？
高振幅 Delta 被認為幾乎是無意識的同義詞，因為它出現在深度非快速眼動睡眠、全身麻醉和昏迷期間。這被認為反映了在「向下狀態」期間廣泛的皮質去激活，此時大部分皮質幾乎陷入沉寂。
Delta 波會出現在清醒、有意識的人身上嗎？
會的，已在清醒且有反應的個體中記錄到顯著的 Delta 活動，包括處於迷幻狀態、某些癲癇症以及夢境般解離狀態的人。僅將 Delta 功率用作意識測量儀可能會將警覺的人錯誤地歸類為無意識。
臨床醫生如何區分發出無意識信號的 Delta 與清醒狀態下的 Delta？
關鍵是要將頻譜功率與 EEG 複雜度或熵的測量相結合。當信號保持複雜且不可預測時，富含 Delta 的 EEG 可以屬於清醒的大腦，而當複雜度下降時，能更可靠地發出無意識的信號。
Delta 波能證明大腦塑性正在發生嗎？
Delta 活動與類似塑性的過程相關，正如在清醒成年人進行經顱磁刺激後所觀察到的那樣，但這一證據是相關性的。目前尚未證實其因果作用，因此將 Delta 作為塑性標記是一個令人興奮的假設，而非已證實的事實。
Delta 波是否通過促進膠淋巴流量來淨化大腦？
一項小鼠研究發現，在麻醉下，Delta 功率與膠淋巴流入量呈正相關，但這是麻醉動物中的一種關聯，而非清醒人類中的因果證據。關於在清醒狀態下「Delta 淨化大腦」的說法過度簡化了數據。
臨床醫生在解讀 Delta 波之前應該考慮什麼？
永遠不應孤立地解讀 Delta 波；應將頻譜功率與連接性和複雜度的測量相結合。這種方法可以防止僅根據 Delta 振幅將有意識的個體誤判為無意識。
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克里斯蒂安·布戈斯
