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脑电图基础:脑电图的产生、获取和应某某

摘要：本文提供有关脑电图(EGG)的产生和获取的全面知识，这对理解后续的EGG知识是至关重要的。首先介绍了脑电信号产生的生理背景，然后详细描述了脑电信号的采集过程。并介绍了计算脑电分析的实际应某某。最后，讨论了目前脑电图技术的主要优点和局限性。

1.1脑电图的产生

脑电图(EEG)是利用头皮内或头皮外的一对电极记录神经元离子电流的流动。记录在颅骨内的脑电图信号，简称颅内脑电图(iEEG)，可用于顽固性癫痫的手术规划;然而这在本书中没有涉及(除了在第8章)。在本书中，“脑电图”指的是头皮的脑电图，通过连接在头皮表面的一对电极进行无创记录。

与基于脑代谢或血液动力学的神经成像模式(如正电子发射断层扫描(PET)、功能性磁共振成像(fMRI)和功能性近红外光谱(fNIRS))相比，脑电图可以提供出色的时间分辨率，允许在几毫秒内进行神经动力学研究。然而，由于空间数据采样数量少、固有的容积传导效应以及生理和环境噪声/伪影，脑电图的空间分辨率无法与功能磁共振成像相比。

1924年，德国精神病学家汉斯·伯杰(Hans Berger)首次记录了人类脑电图。尽管科技飞速发展，但记录脑电图的基本方法与汉斯·伯杰的时代相比并没有改变。脑电图测量电极对之间的电位差。电极可以直接放置在头皮表面的某些特定位置，也可以安装在帽(或网)上，以便更方便地连接。

脑电图的主要产生者，通常称为脑电图来源，是皮层神经元。众所周知，人类大脑中的大多数神经元都集中在大脑皮层，这是一层薄的灰质层，厚度为2-4毫米。皮层神经元的顶端树突，通常被称为大的皮层锥体神经元，几乎垂直于大脑皮层的表面。因此，沿皮层锥体神经元顶端长树突的神经元电流方向也变得垂直于皮层表面。这一生理基础可作为脑电图源成像的重要约束条件。

有两种不同类型的细胞内电位可能有助于头皮脑电图信号的产生，它们是动作电位和突触后电位。动作电位是由胞内和胞外离子(如钠、氯、钾离子)的动态运动引起的跨膜静息电位的突然变化引起的。当一个神经元内的动作电位传播到一个突触(两个神经元之间的一个小缝隙连接)时，突触后电位就会通过相邻的一对神经元膜产生。如果突触后电位超过阈值，则一个神经元的动作电位传递到另一个神经元(见图1.1)。

在两种不同类型的电位中，突触后电位被认为比动作电位对可测量的颅外电场的产生有更大的贡献。这是因为在大量的神经元中，动作电位并不同步放电。相反，虽然突触后电位的大小一般小于动作电位，但其持续时间相对较长(~30 ms)，可以使大量神经元同步产生突触后电位(见图1.1)。如上所述，由于皮层锥体神经元的顶端树突几乎垂直于皮层表面排列，因此在皮层小区域内同步产生的突触后电位之和可以诱导出大到足以在头皮表面测量的颅外电场。根据H等人，皮层表面的电流密度约为100 nA/mm2。当一个小区域内的大量皮层神经元同时被激活时，就形成了单向的神经元电流。图1.1描述了动作电位和突触后电位的对比，以及单向神经元电流流的产生示意图。

在脑电图源成像问题中，可以近似建模为等效电流偶极子(ECDs)的单向神经元电流称为初级或外加电流。由于人体充满导电介质，由初级电流引起的细胞外电流甚至可以流到人体最远的部位。这些细胞外电流被称为次级电流、体积电流或回流电流。根据电磁理论，次级电流的流动导致头皮电位的非均匀分布。脑电图(EEG)是测量两个遥远头皮位置随时间变化的电位差。

由于脑电图测量的是源自二次电流流动的电位差的动态变化，因此，准确评估容积导体(即大脑内部不同组织间隔)的电导率剖面非常重要，不仅有助于理解脑 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 图可以在在一个开放的环境进行记录

?脑电图可以在受试者没有主动反应的情况下获得

传统上，脑电图数据是在实验室或临床环境中获取的，那里有高端的脑电图记录设备，有大量的通道和动机良好的参与者，他们同意参与长时间的实验。然而，近年来，无线技术和高性能生物传感器的进步，使穿戴式脑电图设备的开发成为可能，这些设备易于佩戴，长期使用舒适，加速了脑电图的新应某某的开发，这些新应某某不一定需要实验室设置，例如，监测健康人日常生活中的大脑活动。

尽管近年来脑电图技术有了长足的发展，但脑电图仍存在一些内在的局限性，如空间分辨率低、信噪比低等。因此，为了提高脑电的可靠性和可用性，仍需要开发新的脑电计算分析方法。

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