脑电图（EEG）

脑电图（EEG）是一种电生理技术，常被研究认知功能的科研人员所采用。大脑持续产生电活动，这种活动可以是自发的，也可以由外界刺激诱发。EEG是一种无创、便携且经济的技术，能够检测并量化大脑活动的变化，因此在认知研究中尤为有用。在本视频中，我们将简要介绍EEG信号的产生机制、EEG在认知研究中的应用、标准的EEG记录方法以及一些具体的应用实例。

首先，让我们了解脑电图（EEG）信号的产生位置和机制。

脑电图信号是通过放置在头皮上的电极记录到的大脑表面的电活动，主要由大脑最外层——大脑皮层中的锥体神经元激活产生。这些锥体神经元是皮层的主要输出神经元，接收并整合来自大脑其他区域的突触输入，其集体活动反映了信息处理过程。

值得注意的是，兴奋过程会促使带正电荷的离子穿过细胞膜进入神经元，在树突区域形成电流“汇”（sink），而细胞体周围电荷的外流则起到中和作用，形成电流“源”（source）。这一过程使神经元处于“电偶极子”状态，产生电位，并在顶树突与细胞体之间形成电流流动。电极所捕捉到的信号，正是大量此类“神经电偶极子”同步活动所产生的电位总和。

现在您已经熟悉了脑电图（EEG）信号背后的生理学原理，接下来让我们探讨这些信号如何揭示认知功能。

正常的脑电图表现出自发振荡。这种节律性活动由多种重叠的子节律组成，可通过数学变换（如傅里叶变换）将其分离出来。利用该技术，脑电信号的时间序列被分解为各个组成子节律，并以“功率谱”的形式绘出。每个子节律根据其频率，按照在总脑电记录中的“集中度”或信号功率进行绘制。

脑节律的频率范围如下：Delta波（δ波），频率最慢，低于4 Hz；Theta波（θ波），频率为4–7 Hz；Alpha波（α波），频率为8–12 Hz；Beta波（β波），频率为13–30 Hz；以及频率最快的Gamma波（γ波），高于30 Hz。每种节律均与特定的行为状态相关：Delta波和Theta波出现在睡眠状态，Alpha波出现在清醒且放松的状态，而Beta波和Gamma波则在主动认知过程中出现。

通过检测脑电活动的变化，可研究大脑在执行认知任务时对刺激的反应。例如，在一项认知实验中，受试者可能被要求在计算机屏幕上观察人脸并进行区分。该测试会重复多次。随后，将脑电响应与视觉刺激的起始时间对齐并进行平均处理，从而提高信号相对于背景噪声的水平。由特定刺激诱发的平均脑电活动被称为事件相关电位（event-related potential, ERP）。

ERP图中的峰值对应于协调的神经活动。其中，较早出现的峰值反映视觉系统的直接响应，而稍后出现的同步神经活动峰值则与对刺激的认知加工过程相关。

现在您已经了解了脑电图（EEG）如何用于研究认知功能，接下来我们来看看一个EEG实验是如何进行的。

EEG实验要求仅采集有意义的信号，因为真实的皮层电位非常微弱。为了捕捉这些信号，EEG电极采用高导电性材料（如银和氯化银）制成，并按照标准化的10-20系统排列在电极帽上。该系统通过确保电极位置的一致性，使实验在不同时间点和不同受试者之间具有可重复性。电极根据已确定的皮层区域和半球位置进行命名，并按照头颅前后或左右总距离的10%或20%进行系统性分布。

使用电解质凝胶可增强电极的导电性。活动信号相对于参考电极进行放大，同时系统接地以减少噪声。此外，信号会经过滤波处理，仅保留处于EEG频率范围内的成分。由身体运动（如眨眼）引起的伪迹通常会被监测并从数据中去除。

实验开始前，向参与者说明实验流程并获取书面知情同意。测量受试者的头围，选择合适尺寸的电极帽。根据10-20系统标记并遵循电极帽的定位标志点。随后，将导电凝胶注入每个电极套管内，在头皮上形成凝胶柱，用量恰到好处，以避免相邻电极之间的干扰。然后将活动电极固定到套管中。受试者被安置至实验位置，并被提醒尽量减少不必要的动作。最后，检查EEG显示界面，确保所有设备正常运行。

现在您已经了解了进行脑电图（EEG）实验的基本方法，接下来让我们探讨该技术在认知研究中的一些具体应用。

脑电图被用于研究成人和婴儿的社会认知。在此实验中，以婴儿为受试者进行面对面的木偶演示，以测试其即时回忆与模仿能力。从整个头皮采集的数据显示出在不同实验时间点脑电活动的差异。

功能性磁共振成像（fMRI）是另一种可测量脑活动的非侵入性技术。fMRI对激活位置的敏感性可与EEG对激活时间的敏感性相结合。这两种技术联合使用，能够在更高水平上实现功能定位，从而帮助理解睡眠、意识、情绪、学习和记忆等认知过程。

最后，脑电图还可与经颅直流电刺激（tDCS）结合使用，tDCS是一种可通过调节神经元兴奋性来刺激大脑的技术。tDCS在治疗影响认知能力的神经系统疾病方面具有潜力，而EEG可用于监测并优化直接刺激的效果。通过运行自动快速傅里叶变换的软件程序，可实时观察脑电功率谱的变化。

您刚刚观看了 JoVE 关于脑电图（EEG）的视频。该视频讨论了 EEG 信号的产生原理、如何利用这一技术来理解认知过程、进行 EEG 实验的基本步骤，以及在认知研究中的一些具体应用。一如既往，感谢您的观看！