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脑电信号基础介绍

我们通常所说的脑电指的是头皮脑电（scalp electroencephalogram），实际上就是头皮电位差与时间的关系图。

脑电波是脑神经细胞总体活动，包括离子交换，新陈代谢等综合外在表现，深入地研究脑电波的特性将推进人们自身大脑的探索研究进程，增强其对疾病的诊断能力。

诱发电位：脑诱发电位是对被试施以某种有规律的外界刺激（声音，光，图像，味觉和触觉时），在人脑相应的功能部位有发出的一种电信号。

脑电记录装置由最初的只能记录1或2个通道到后来逐渐出现了6导，8导脑电图机。现在临床常用的脑电图机有16导、32导和64导。在研究领域，目前脑电采集记录装置可以做到512个电极，大大提高了脑电记录的空间分辨率。

脑电波的来源

脑电基本波即α波的频率是10Hz左右，这些周期为100ms以上的波与神经细胞体或神经纤维的动作电位，即持续时间为1~2ms的峰形波相比较是非常慢的波。目前，对于这种缓慢的电位变化是由哪一种脑内电现象组成尚存争议，主要存在三种看法：

细胞体或神经纤维的峰形波组成学说：

Eccle于1953年提出，在大脑皮层内或皮层与视丘之间存在着无数由许多神经元组成的闭合回路，在这种反馈线路中峰形冲动以大约100ms的周期循环着。这种说法虽然后来一段时间内被部分学者从实验结果上否定了，但仍有研究表明，峰形波参与脑电波的可能性依然存在，只是占的份额比起其他点位要小得多。

2.?顶树突的动作电位即树突电位组成学说：

我国著名的神经生理学家张香桐经过一系列实验验证后提出，用弱电刺激脑表面诱发出来的表面阴极波，是锥体细胞顶树突末梢的水平分支或垂直分支因电刺激而产生的兴奋向电极下面传递时被记录下来的树突电位。树突电位与细胞体或神经纤维动作电位不同，它不遵从全或无定律（神经细胞中的动作电位在低于阈值的刺激不产生信号，但在高于阈值的刺激均产生相同幅度的信号，无论刺激在强度或持续时间上有多大的不同，每个动作电位的振幅和持续时间几乎是相同的。此外，与 树突电位 和 突触电位 不同的是，它们被动地传播并降低幅度，动作电位在沿轴突传播的过程中信号并不会衰减——这一传播距离可以高达2米，因为它是周期性再生的，这种传导信号可以以100m/s的速度传播），有重叠的性质，传导时有衰减，传导速度很慢。因此，树突电位的总和被认为是脑电波的成分之一。

3.?大脑皮层神经元突触后的电位组成学说：

突触后电位不传导，其波幅较低，但与峰形电位不同，它也不遵从全或无定律，并有重叠的性质，持续时间较长，因此容易被认为是脑电波的构成成分。

目前多数学者认为突触后电位是脑电的主要组成成分。

脑电波的节律性

中枢神经系统与末梢系统不同，在不给任何外界刺激的情况下，依然时刻存在着节律性、自发性放电现象。发生机理目前主要有以下两种：神经细胞的自律性放电现象和神经元回路中兴奋的循环，并且后一种更具有说服力。

由于神经元和中间神经元形成闭合性神经回路，因此当一个神经受到外来的刺激而产生兴奋冲动后通过中间神经元的作用反过来刺激它本身，这样就可能通过反馈线路而形成一系列反射性自我刺激，从而产生脑细胞的反复放电现象。此时，冲动在回路中的传导速度，回路的长短以及延迟回路，侧路的存在等因素将影响电位的时间性、空间性累加过程，并决定节律波的周期。这种假说对脑电及其节律性现象的发生机制解释得更有说服力！

节律性放电的产生还必须在一定的条件下才能完成，这种条件有如下两点：

细胞放电的同步化

大脑皮层是由无数的神经细胞组成，从皮层表面或头皮上所记录到的电位是无数神经细胞在活动时产生的电场总和。因此具有节 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。 50μV左右，超过±100μV的就可以看作是噪声。

（2）脑电信号是一种随机性很强的非平稳信号。之所以说它随机性强，是因为影响它的因素太多，其规律又尚未被认识。

（3）脑电信号是非线性信号。生物组织的调节以及自适应能力必然影响到电生理信号，这使得脑电具有典型的非线性的特点。而传统意义上的信号处理方法都是建立在线性系统理论分析基础之上的，因而分析结果是不可避免地丢失了很多原始信号所带的信息。这也是为什么非线性动力学混沌理论发展起来后被迅速运用到脑电的分析研究中的原因。

Note：在各种伪迹中，眼电对EEG的影响最大，因此通常在脑电测量的同时进行眼电信号的测量，以便可以进行离线的眼电伪迹去除。

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