Name: 用耳脑电图记录大脑活动 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-31T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 58 s
Description: 学习使用cEEGrid耳脑电图技术在日常生活中记录大脑活动的方法。本视频详细演示电极准备、皮肤清洁、佩戴步骤及信号质量检测，帮助研究人员获取高质量的耳部EEG数据。

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本工作由德国研究基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft，DFG）的艾米·诺特计划（Emmy-Noether program）资助，项目编号 BL 1591/1-1 - 项目 ID 411333557。我们感谢苏昂·阮（Suong Nguyen）、玛努埃拉·耶格尔（Manuela Jäger）和玛丽亚·施托尔曼（Maria Stollmann）在视频拍摄过程中提供的协助。我们感谢乔安娜·斯坎隆（Joanna Scanlon）为视频提供配音。

本方案中采用的通用实验程序已获得奥尔登堡大学伦理委员会的批准。参与者在参与实验前已签署书面知情同意书。
注意：c型网格仅可用于无损伤皮肤，且参与者对所用粘合剂无过敏反应。该网格有两面。&#160;外侧标有黑色文字，电极的导电面位于内侧，在记录过程中朝向参与者的皮肤。重要的是，需小心处理这些网格，切勿触碰导电表面，切勿折叠网格，切勿过度弯折，也应避免对其施加拉力。
1. 测试
注意：如果小心操作，c-网格可重复使用多次。为确保最佳性能，在下次记录前需检查所有电极是否正常工作。对于新网格，执行相同的程序以在记录开始前识别潜在问题（例如，由于制造过程中的问题）。有多种方法可快速检查是否存在故障（例如，电极断裂）。
<ol>
	<li>选项1：万用表。
	<ol>
		<li>将万用表设置为测量电阻模式。</li>
		<li>将万用表的一个探针连接至电极，另一个探针连接至连接器端的对应触点。</li>
		<li>检查每个电极是否均能测得低电阻（&#60;10 kΩ）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>选项2：导电凝胶
	<ol>
		<li>使用导电凝胶连接所有电极，确保电极之间无间隙。</li>
		<li>将网格连接至放大器的连接器。为观察到信号，请根据所用连接器的布局，将网格连接至带有参考电极和接地电极的一侧。</li>
		<li>使用放大器的阻抗检测功能，检测参考电极和全部八个记录电极的阻抗（共10个电极，扣除接地和参考电极）；所有电极的阻抗必须均为低阻抗（&#60;10 kΩ）。随后，擦去凝胶。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>选项3：水
	 
	注意：使用此方法时需谨慎，避免造成设备进水损坏。
	<ol>
		<li>将所有电极浸入一杯水中，但需确保网格的尾部保持干燥。或者，可将c型网格放置于盛有水的培养皿中（电极面朝向培养皿底部）。</li>
		<li>将网格连接至放大器的连接器。</li>
		<li>使用放大器的阻抗检测功能，检测参考电极和全部八个记录电极的阻抗（共10个电极，扣除接地和参考电极）；所有电极的阻抗必须均为低阻抗（&#60;10 kΩ）。随后，用纸巾将c型网格擦干。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 受试者的准备
注意：为了获得高质量的记录，受试者应保持头发清洁干燥，不得使用任何护发产品（例如，定型产品）或护肤品，且不应化妆。如果可能，受试者应在记录前使用温和中性的洗发水直接清洗头发，并清洁耳周区域。请询问受试者是否对任何准备步骤感到不适。
<ol>
	<li>为准备受试者，实验人员需要能够接触到耳后及耳周区域。对于头发较长的受试者，可使用发夹固定头发以方便操作。</li>
	<li>将c型网格放置于受试者耳部周围，观察其贴合情况。同时检查网格是否能在不接触耳朵本身的情况下环绕耳部。确保网格不接触耳后区域或耳垂，因为长时间接触可能引起不适。此预贴合步骤还可帮助确定需要清洁的皮肤范围。 
	注意：此类网格仅有一种尺寸，并非适用于所有耳型。对于耳部较大的受试者，可用小剪刀修剪C形网格内侧电极周围的塑料部分。操作时需特别注意，避免剪到电极或导电通路。</li>
	<li>取少量研磨性电极凝胶滴于纸巾上，用其对受试者耳周皮肤进行擦拭清洁，施加适当压力，但需确保受试者感到舒适。务必彻底清洁整个将被覆盖的区域。</li>
	<li>将纸巾蘸取适量酒精，用于清洁耳后区域。</li>
	<li>用干净的毛巾擦干已清洁的区域。</li>
	<li>为提高佩戴舒适度，可选择性地在耳后背面贴一小块胶带。</li>
	<li>对另一只耳重复上述所有步骤（步骤2.1–2.5）。</li>
</ol>
3. 网格的制备与装填
注意：使用双面胶带固定c型网格有多种方法。此处提供两种选择：一种是由制造商提供的覆盖整个表面的c形贴片，另一种是围绕电极单独放置的小型圆形贴片（例如在重复使用时）。
<ol>
	<li>在每个电极周围贴上双面 adhesive 贴纸（可使用 C 形或单个贴纸），确保贴纸不覆盖电极的导电表面。</li>
	<li>在每个电极上滴加少量（如扁豆大小）导电膏。避免使用过多导电膏，以免溢出到粘性材料上，降低与皮肤的粘附力。过多的导电膏还可能在电极之间形成导电桥。</li>
	<li>移除 adhesive 贴纸的保护膜。若在此过程中导电膏被擦除，请重新涂抹。或者，也可先移除保护膜再涂抹导电膏；但此操作需手部非常稳定，以防导电膏意外溢出至粘性表面。</li>
	<li>请受试者将耳朵周围的头发拨开，以免影响电极佩戴。尽可能移开遮挡的头发，确保贴纸直接接触皮肤。根据发际线情况，有时可能无法完全做到（例如耳部上方有头发时）。</li>
	<li>将电极网格围绕耳部定位，确认位置合适后，将其按压至皮肤上。注意不要将网格贴得离耳朵过近，以免引起受试者不适。网格与耳背之间应留出一定空间（1 mm 至 2 mm）。此外，请受试者用手按压电极以增强贴合。</li>
	<li>对另一只耳朵重复上述所有步骤（步骤 3.1–3.5）。</li>
	<li>移除所有发夹。如有需要，小心地将眼镜或面部贴片的带状部分放置于耳朵上。</li>
</ol>
4. 连接
<ol>
	<li>将连接器连接到放大器。在此步骤中，避免过度弯曲或拉扯 c-grid。</li>
	<li>将电极触点插入连接器中。确保触点插入正确的一侧，并确认 c-grid 内侧暴露的触点与连接器中的触点相对。 
	注意：必须了解所用连接器的布局（包括接地电极和参考电极的位置）。根据所用系统的不同，布局可能有所差异。如需制作连接器，请访问&#160;https://uol.de/psychologie/abteilungen/ceegrid。使用合适的连接器，c-grid 可连接至任何放大器。</li>
	<li>可使用头带等固定装置将放大器固定在头部。 
	&#8203;注意：奥尔登堡实验室使用一种集成在名为 nEEGlace 的颈戴式扬声器中的放大器。nEEGlace 使设备佩戴更舒适、安装更快速。</li>
</ol>
5. 检查阻抗和数据
<ol>
	<li>将放大器连接到智能手机（可选：笔记本电脑） 通过 蓝牙</li>
	<li>使用放大器的阻抗检测功能检查电极的阻抗。电极阻抗通常会随着时间推移而改善（5 至 10 分钟），初始时无需每个电极的阻抗均低于 10 kΩ。切勿尝试为高阻抗电极下方额外添加导电膏。</li>
	<li>检查脑电图信号。要求受试者咬紧牙关、眨眼并闭上眼睛（以观察α节律活动）。观察信号中相应的伪迹和α节律活动。确保每个电极均能提供良好的信号。如果获得的脑电图信号质量不佳，取下电极网格，擦去受试者耳部周围的残留凝胶，并更换新的电极网格。</li>
	<li>开始记录。</li>
</ol>
6. 移除与清理
<ol>
	<li>完成数据记录后，断开手机（或笔记本电脑）与放大器的连接。将网格从放大器上取下，并将放大器从受试者身上移除。轻柔地将 c-网格从受试者身上取下，注意不要过度弯折 c-网格，也不要拉扯受试者的头发。让受试者用纸巾或毛巾自行清洁。</li>
	<li>将网格浸泡在水中数分钟，可完全浸没。</li>
	<li>小心地取下贴纸，以免造成损坏。冲洗掉残留的导电凝胶。将网格自然风干，切勿擦拭电极的导电表面。</li>
	<li>将 c-网格妥善存放在阴暗干燥处。</li>
</ol>

<ol><li>Hölle, D., Meekes, J., Bleichner, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mobile+ear-EEG+to+study+auditory+attention+in+everyday+life%5BTitle%5D)+AND+%22Behavior+Research+Methods%22%5BJournal%5D)">Mobile ear-EEG to study auditory attention in everyday life.</a> Behavior Research Methods. 53 (5), 2025-2036 (2021).</li>
<li>Bleichner, M. G., Debener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concealed%2C+unobtrusive+ear-centered+EEG+acquisition%3A+cEEGrids+for+transparent+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Concealed, unobtrusive ear-centered EEG acquisition: cEEGrids for transparent EEG.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, 163(2017).</li>
<li>Debener, S., Emkes, R., De Vos, M., Bleichner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unobtrusive+ambulatory+EEG+using+a+smartphone+and+flexible+printed+electrodes+around+the+ear%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Unobtrusive ambulatory EEG using a smartphone and flexible printed electrodes around the ear.</a> Scientific Reports. 5, 16743(2015).</li>
<li>Blum, S., Hölle, D., Bleichner, M. G., Debener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pocketable+labs+for+everyone%3A+Synchronized+multi-sensor+data+streaming+and+recording+on+smartphones+with+the+lab+streaming+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Pocketable labs for everyone: Synchronized multi-sensor data streaming and recording on smartphones with the lab streaming layer.</a> Sensors. 21 (23), 8135(2021).</li>
<li>Bleichner, M. G., Emkes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Building+an+ear-EEG+system+by+hacking+a+commercial+neck+speaker+and+a+commercial+EEG+amplifier+to+record+brain+activity+beyond+the+lab%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Open+Hardware%22%5BJournal%5D)">Building an ear-EEG system by hacking a commercial neck speaker and a commercial EEG amplifier to record brain activity beyond the lab.</a> Journal of Open Hardware. 4 (1), 5(2020).</li>
<li>Sterr, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+EEG+derived+from+behind-the-ear+electrodes+%28cEEGrid%29+compared+to+standard+polysomnography%3A+A+proof+of+concept+study%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Sleep EEG derived from behind-the-ear electrodes (cEEGrid) compared to standard polysomnography: A proof of concept study.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 12, 452(2018).</li>
<li>Mirkovic, B., Bleichner, M. G., De Vos, M., Debener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Target+speaker+detection+with+concealed+EEG+around+the+ear%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Target speaker detection with concealed EEG around the ear.</a> Frontiers in Neuroscience. 10, 349(2016).</li>
<li>Bleichner, M. G., Mirkovic, B., Debener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+auditory+attention+with+ear-EEG%3A+cEEGrid+versus+high-density+cap-EEG+comparison%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Identifying auditory attention with ear-EEG: cEEGrid versus high-density cap-EEG comparison.</a> Journal of Neural Engineering. 13 (6), 066004(2016).</li>
<li>Nogueira, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoding+selective+attention+in+normal+hearing+listeners+and+bilateral+cochlear+implant+users+with+concealed+ear+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Decoding selective attention in normal hearing listeners and bilateral cochlear implant users with concealed ear EEG.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 720(2019).</li>
<li>Denk, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Event-related+potentials+measured+from+in+and+around+the+ear+electrodes+integrated+in+a+live+hearing+device+for+monitoring+sound+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Hearing%22%5BJournal%5D)">Event-related potentials measured from in and around the ear electrodes integrated in a live hearing device for monitoring sound perception.</a> Trends in Hearing. 22, 2331216518788219(2018).</li>
<li>Holtze, B., Rosenkranz, M., Jaeger, M., Debener, S., Mirkovic, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ear-EEG+measures+of+auditory+attention+to+continuous+speech%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Ear-EEG measures of auditory attention to continuous speech.</a> Frontiers in Neuroscience. 16, 869426(2022).</li>
<li>Segaert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+impaired+language+processing+in+patients+with+mild+cognitive+impairment+using+around-the-ear+cEEgrid+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">Detecting impaired language processing in patients with mild cognitive impairment using around-the-ear cEEgrid electrodes.</a> Psychophysiology. 59 (5), e13964(2021).</li>
<li>Garrett, M., Debener, S., Verhulst, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+subcortical+auditory+potentials+with+around-the-ear+cEEGrid+technology+in+normal+and+hearing+impaired+listeners%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Acquisition of subcortical auditory potentials with around-the-ear cEEGrid technology in normal and hearing impaired listeners.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 730(2019).</li>
<li>Knierim, M. T., Berger, C., Reali, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Open-source+concealed+EEG+data+collection+for+Brain-computer-interfaces+-+neural+observation+through+OpenBCI+amplifiers+with+around-the-ear+cEEGrid+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Brain-Computer+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Open-source concealed EEG data collection for Brain-computer-interfaces - neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes.</a> Brain-Computer Interfaces. 8 (4), 161-179 (2021).</li>
<li>Pacharra, M., Debener, S., Wascher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concealed+around-the-ear+EEG+captures+cognitive+processing+in+a+visual+simon+task%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Concealed around-the-ear EEG captures cognitive processing in a visual simon task.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 11, 290(2017).</li>
<li>Wascher, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+mental+load+during+realistic+driving+simulations+by+means+of+round+the+ear+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Evaluating mental load during realistic driving simulations by means of round the ear electrodes.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 940(2019).</li>
<li>Getzmann, S., Reiser, J. E., Karthaus, M., Rudinger, G., Wascher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+correlates+of+mental+workload+during+simulated+driving+using+cEEGrid+electrodes%3A+A+test-retest+reliability+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroergonomics%22%5BJournal%5D)">Measuring correlates of mental workload during simulated driving using cEEGrid electrodes: A test-retest reliability analysis.</a> Frontiers in Neuroergonomics. 2, 729197(2021).</li>
<li>Somon, B., Giebeler, Y., Darmet, L., Dehais, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benchmarking+cEEGrid+and+solid+gel-based+electrodes+to+classify+inattentional+deafness+in+a+flight+simulator%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroergonomics%22%5BJournal%5D)">Benchmarking cEEGrid and solid gel-based electrodes to classify inattentional deafness in a flight simulator.</a> Frontiers in Neuroergonomics. 2, 802486(2022).</li>
<li>Hölle, D., Blum, S., Kissner, S., Debener, S., Bleichner, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+audio+processing+of+real-life+soundscapes+for+EEG+analysis%3A+ERPs+based+on+natural+sound+onsets%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroergonomics%22%5BJournal%5D)">Real-time audio processing of real-life soundscapes for EEG analysis: ERPs based on natural sound onsets.</a> Frontiers in Neuroergonomics. 3, 793061(2022).</li>
<li>Cohen, M. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tutorial+on+generalized+eigendecomposition+for+denoising%2C+contrast+enhancement%2C+and+dimension+reduction+in+multichannel+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A tutorial on generalized eigendecomposition for denoising, contrast enhancement, and dimension reduction in multichannel electrophysiology.</a> NeuroImage. 247, 118809(2022).</li>
<li>Meiser, A., Bleichner, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ear-EEG+compares+well+to+cap-EEG+in+recording+auditory+ERPs%3A+A+quantification+of+signal+loss%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Ear-EEG compares well to cap-EEG in recording auditory ERPs: A quantification of signal loss.</a> Journal of Neural Engineering. 19 (2), (2022).</li>
<li>Polich, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Updating+P300%3A+An+integrative+theory+of+P3a+and+P3b%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Updating P300: An integrative theory of P3a and P3b.</a> Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2128-2148 (2007).</li>
<li>Kidmose, P., Looney, D., Mandic, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+evoked+responses+from+ear-EEG+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%2C+EMBS%22%5BJournal%5D)">Auditory evoked responses from ear-EEG recordings.</a> Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , 586-589 (2012).</li>
<li>Looney, D., Goverdovsky, V., Rosenzweig, I., Morrell, M. J., Mandic, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+in-ear+encephalography+sensor+for+monitoring+sleep+preliminary+observations+from+nap+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+American+Thoracic+Society%22%5BJournal%5D)">Wearable in-ear encephalography sensor for monitoring sleep preliminary observations from nap studies.</a> Annals of the American Thoracic Society. 13 (12), 2229-2233 (2016).</li>
<li>Kappel, S. L., Makeig, S., Kidmose, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ear-EEG+forward+models%3A+Improved+head-models+for+ear-EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Ear-EEG forward models: Improved head-models for ear-EEG.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 943(2019).</li>
<li>Meiser, A., Tadel, F., Debener, S., Bleichner, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+sensitivity+of+ear-EEG%3A+Evaluating+the+source-sensor+relationship+using+forward+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Topography%22%5BJournal%5D)">The sensitivity of ear-EEG: Evaluating the source-sensor relationship using forward modeling.</a> Brain Topography. 33 (6), 665-676 (2020).</li>
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<li>Aseem, A., Hussain, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circadian+variation+in+cognition%3A+a+comparative+study+between+sleep-disturbed+and+healthy+participants%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Rhythm+Research%22%5BJournal%5D)">Circadian variation in cognition: a comparative study between sleep-disturbed and healthy participants.</a> Biological Rhythm Research. 52 (4), 636-644 (2019).</li>
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</ol>

作者声明无利益冲突。

本文提供了一种使用c型网格（c-grids）进行耳内脑电图（ear-EEG）记录的实验方案。遵循该方案的各个步骤可确保获得高质量的记录数据。下文将对耳内脑电图与传统的帽式脑电图（cap-EEG）进行比较，讨论本方案中的关键步骤及若干最佳实践建议，并探讨一些可能的改进方法。
c-grid与帽式EEG及耳内EEG的比较 
c-grid可用于日常生活环境中无干扰地记录脑电活动，非常适合长时间记录。与帽式EEG相比，它具有多项优势：首先，由于其重量轻、佩戴舒适且不易被察觉，对受试者日常活动的限制极小1；其次，电极被粘性贴片密封，因此可连续佩戴较长时间——在一项研究中超过11小时6，且电极不会脱落1,3,6。其局限性在于，c-grid仅覆盖帽式EEG部分头皮区域，因此无法在所有应用场景下取代帽式EEG。然而，在需要轻便、无干扰、快速安装且对活动限制最小的场合（例如工作场所），c-grid仍可提供有价值的神经活动信息。
与帽式脑电图（cap-EEG）相比，使用c-grid时在不同受试者之间进行结果比较可能更为困难。对于帽式脑电图，通常采用国际10-20系统，以便在不同研究之间以及头围大小不同的受试者之间进行结果比较。在该系统中，电极的位置是相对于特定的解剖标志点来确定的（即从前到后以鼻根和枕外隆凸为参考，从左到右以双耳为参考）。在实际操作中，通常使用不同尺寸的电极帽来适应不同的头围大小，从而近似实现最佳的电极定位。c-grid难以轻易整合到该系统中，原因有二：第一，目前c-grid仅有一种尺寸，因此在不同头围的受试者上覆盖的区域会有所差异；第二，耳部的形状会影响网格的定位。通常情况下，最上方的两个电极会直接位于耳部上方，但根据耳部形状的不同，它们可能更偏向于前侧或后侧。目前尚无研究明确探讨这些电极位置的偏移是否大到具有实际意义。
另一种测量方法&#160;耳内脑电图（ear-EEG）是将电极放置于耳内，例如外耳道或耳甲腔中23,24,25这种方法比c型网格的可见度更低，但由于电极间距离较小，会导致记录到的信号振幅更低。26.
最关键的步骤 
脑电图（EEG）技术总体上仍具挑战性，尤其是移动式耳中心脑电图。因此，对受试者的仔细准备以及电极网格的准确定位对于确保长时间内的高质量数据至关重要。准备工作首先应从受试者的头发和皮肤开始。耳周的头发和皮肤应清洗并擦干。此外，实验人员需使用研磨凝胶和酒精仔细清洁耳周区域，并确保通过粘性贴片将电极网格牢固地固定在皮肤上。这些步骤十分关键，必须认真执行，以确保电极与皮肤之间良好的接触，并在较长时间内维持低阻抗。特别是皮肤清洁程度，可能直接决定一次记录的成功与否。
然而，即使经过妥善处理，电极放置后个别电极的阻抗仍可能不理想。通常情况下，电极与皮肤之间的界面会随时间逐渐稳定，我们经常观察到阻抗在5至15分钟内下降。如果信号质量仍然较差，建议完全取下网格，擦去受试者耳部周围残留的导电凝胶，并更换新的网格。更换新的网格比清洁和重新准备已取下的网格更快。一旦网格安装到位，不建议向个别电极额外添加电极凝胶，因为这可能会削弱贴片的粘附强度，甚至导致相邻电极之间发生短路。
当网格放置到位且电极阻抗较低后，即可开始数据记录。对于较长时间的记录（&#62;1 h），应在开始时进行简短的数据质量检查。例如，本研究展示了一项3分钟的听觉oddball任务，该任务可快速完成并分析，以确保信号质量良好。
在某些情况下，可能完全无法使用 c-grid 进行记录，例如当网格对于耳朵来说过小（即使经过裁剪后）或发际线距离耳朵过近，导致网格无法贴附于皮肤时。如果网格&#34;悬于&#34;毛发上方，研究人员将无法获得高质量的数据。
故障排除 
阻抗不良和/或信号不佳 
为避免这些问题，佩戴前必须仔细清洁皮肤。此外，应在佩戴前确保测试每个电极的功能是否正常。例如，应检查网格是否已正确插入连接器，以及每个电极是否与皮肤保持牢固接触，然后等待几分钟，直至阻抗和信号改善。佩戴后为进一步检查其功能，应按压各个电极，并观察相应信号变化。如果每个电极对应的信号显示出响应，则表明该电极基本功能正常。如果上述所有步骤均无效，应取下网格，擦去受试者耳部周围的残留凝胶，并更换新的网格。
无信号情况的处理 
首先，应确保网格与放大器正确连接，并确认网格连接器未被倒置。只有在接地电极和参考电极均连接的情况下，才会出现信号；接地电极和参考电极位于左侧、右侧或两侧，取决于连接器的类型。
记录过程中信号质量变差 
该问题可能由多种原因引起，需逐一排查。首先，部分电极可能已从皮肤脱落。这种情况可能由于电极凝胶残留削弱了粘附性、电极下存在毛发，或受试者自身干扰（例如抓挠耳朵周围或调整眼镜）所致。其次，电极网格与放大器之间的连接可能出现问题（例如网格被从放大器中拔出或位置发生偏移）。最后，网格在使用过程中可能受到损坏，例如当c型网格的尾部被过度弯折时即可能发生此类情况。
显示相同信号的通道 
此时，电极之间发生了短路。应取下网格，擦去受试者耳部周围的残留凝胶，并更换新的电极网格。同时，应确保每个电极上仅使用扁豆大小的电极凝胶滴，以避免发生短路。
报告放置不适的受试者 
导致不适感最常见的原因是网格放置位置过于靠近耳后。应确保c型网格与耳后侧之间留有1 mm至2 mm的间隙。在耳后贴一小块胶带有助于提高舒适度。
方法的改进 
c-grid 只有一种尺寸，但在尺寸方面具有一定的灵活性。通过切割内侧的塑料部分，可以减小其尺寸，以适配较大的耳朵。操作时应特别注意，避免切割到电极或导电通路。
根据所使用的放大器及记录场景的不同，可采用多种方式将放大器佩戴在身体上。网格尾线长度固定，且从耳部水平向外延伸，这限制了放大器连接器的可放置位置。不同厂商提供用于将网格连接至特定放大器（无论是移动式或实验室用）的转接电缆。针对放大器的佩戴方式，已有多种解决方案被提出：一些研究人员使用头带3，而另一些则将其集成到基底帽中27。对于较短时间的实验，头带是合适的选择；而对于较长时间的实验，可将放大器用胶带固定在衣物6或身体上2，放入定制的绑带中，或粘贴在佩戴于颈部的耳机上1，亦或固定在山地骑行常用的颈部护具上。我们开发了一款原型装置，将颈部扬声器（用于呈现听觉刺激）与移动式脑电放大器及c型网格的连接器集成在一起（制作说明见此处：&#160;https://github.com/mgbleichner/nEEGlace）。在最近一项正在进行的研究中，我们成功应用了该方法，记录了受试者在办公室工作期间持续4小时的耳部脑电信号。
未来应用 
c-grid 是一种用于日常生活长期记录的有前景工具。例如，可利用它研究日常生活中的声音处理过程1。通过长期记录，还可研究认知功能和听觉功能的昼夜节律变化28,29。在诊断方面，该网格可用于癫痫发作的长期监测2、睡眠分期分析6，或用于评估助听设备使用时的注意力水平7,11。
结论 
本方案为研究人员在实验室内外开展这些环形网格电极的实验提供了全面的指导。如果研究人员遵循本方案并仔细执行各个步骤，包括皮肤清洁和环形网格电极贴合等最为关键的环节，便可获得高质量的耳部脑电图实验数据。

利用移动式耳部脑电图（EEG）技术，可以在日常生活中记录大脑活动，从而获得超越实验室环境的神经处理新见解1。为了适用于日常生活，移动式耳-EEG系统应具备隐蔽性好、不引人注意、易于使用、抗运动干扰以及佩戴舒适等特点，即使连续佩戴数小时也应保持舒适2。c-grid（以cEEGrid名称销售）是一种C形耳-EEG系统，旨在满足这些要求，以最大程度减少对自然行为的干扰。该电极阵列由10个Ag/AgCl电极印刷在柔性印刷材料上构成3。结合微型化移动放大器和智能手机进行数据采集4,5，这些电极阵列可用于连续采集耳-EEG数据超过8小时1,6。
实验室开展的多项研究已表明，c-grid在研究听觉及其他认知过程方面具有潜力。这些网格已成功用于听觉注意力解码，其准确率高于随机水平7,8,9,10,11。Segaert 等人12利用这些阵列量化了轻度认知障碍患者的语言障碍程度。Garrett 等人13证明，这些阵列能够捕捉来自脑干的听觉脑电位。除了聚焦听觉领域的研究外，Knierim 等人14使用该网格研究了“心流体验”（即完全投入某项任务的感觉），其指标为α功率的变化。最后，Pacharra 等人15将这些网格应用于视觉任务。所有这些基于实验室的研究均展示了此类网格可捕捉多种不同的认知过程。
这些电极网格还可用于实验室之外的脑电图（EEG）记录，已有多个研究对此进行了说明。例如，这些阵列已被用于在驾驶模拟器中评估心理负荷16,17，以及在飞行模拟器中研究无意性听觉失察（即未能察觉关键警报声）的现象18。这类电极网格在长期记录方面尤其具有前景，例如用于癫痫发作的长期监测2和睡眠分期分析6。Hölle 等人1曾使用这些电极网格对办公室环境中持续6小时的听觉注意力进行了测量。总之，所有这些研究均凸显了此类设备在实验室内外研究多种脑功能活动的潜力。
每次脑电图（EEG）记录都需要仔细准备，以获得有效的结果。这一点在移动应用场景中尤为重要，因为在这些场景中，由于受试者的活动，相比实验室环境更容易出现更多的伪迹。为确保最佳记录效果，必须采取特定的准备步骤。本文阐述了在准备电极网格、使受试者做好数据采集准备，以及安装和连接电极网格以进行脑电图记录过程中的关键步骤。我们指出了可能发生的错误，并展示了电极连接不当导致数据质量差的示例。最后，展示了钢琴演奏&#160;oddball任务的代表性结果。

<table><tbody><tr><td>研磨凝胶：Abralyt HiCl</td><td>easycap GmbH，德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AFEx 应用程序</td><td>德国奥尔登堡大学</td><td></td><td>用于我们的示例数据采集，开源地址：https://zenodo.org/record/5814670#.Y0AavXZByUk</td></tr><tr><td>酒精</td><td>Carl Roth GmbH + Co. KG，德国</td><td></td><td>70% 异丙醇，30% 蒸馏水</td></tr><tr><td>c-grid：cEEGrid</td><td>TSMI，荷兰奥尔登扎尔</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cEEGrid 连接器</td><td>德国奥尔登堡大学</td><td></td><td>定制构建</td></tr><tr><td>脑电采集应用程序：Smarting</td><td>mBrainTrain，塞尔维亚</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>The MathWorks, Inc.，美国</td><td></td><td>用于数据分析和图表绘制</td></tr><tr><td>医用胶带：Leukosilk</td><td>BSN medical GmbH，德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>移动式脑电放大器：Smarting MOBI</td><td>mBrainTrain，塞尔维亚</td><td></td><td></td></tr><tr><td>万用表</td><td>PeakTech Pr&amp;uuml;f- und Messtechnik GmbH，德国</td><td></td><td>可选设备，用于检测电极功能</td></tr><tr><td>nEEGlace</td><td>德国奥尔登堡大学</td><td></td><td>定制化颈戴式耳机，集成脑电放大器（Smarting，mBrainTrain，塞尔维亚）和 cEEGrid 连接器</td></tr><tr><td>纸巾&amp;nbsp;</td><td>—</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Record-a 应用程序</td><td>德国奥尔登堡大学</td><td></td><td>用于我们的示例数据采集，开源地址：https://github.com/NeuropsyOL/Pocketable-Labs</td></tr><tr><td>智能手机：Google Pixel 3a&amp;nbsp;</td><td>Google LLC，美国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>雅马哈数码钢琴 P-35</td><td>日本滨松</td><td></td><td>用于我们的示例数据采集</td></tr></tbody></table>

使用耳部脑电图记录大脑活动

Recording Brain Activity with Ear-Electroencephalography

c-grid（耳部脑电图，以cEEGrid名称销售）是一种无创且佩戴舒适的电极阵列，可用于将电极固定在耳部周围后研究大脑活动。c-grid适用于在实验室外长时间使用，甚至可连续佩戴一整天。已有研究表明，利用这些电极网格可以研究多种认知过程，包括在实验室外环境中的研究。为了记录高质量的耳部脑电图（ear-EEG）数据，必须进行仔细的准备工作。在本实验方案中，我们详细说明了成功实施该技术所需的操作步骤。首先，介绍如何在记录前测试电极网格的功能是否正常。其次，描述了如何准备受试者以及如何正确佩戴c-grid，这是获取高质量数据最关键的步骤。第三，概述了如何将电极网格连接至放大器以及如何检查信号质量。本方案中列出了确保c-grid记录成功的最佳实践建议和实用技巧。如果研究人员遵循本方案，将能够全面掌握在实验室内外使用c-grid进行实验研究的能力。

按照本方案操作时，每个电极的阻抗通常低于10 kΩ，或在放置网格几分钟后接近该值（图1），表明电极与皮肤接触良好。需要注意的是，佩戴后2小时内阻抗可能进一步改善。
图2展示了不同的未经处理的脑电图（EEG）信号。图2A显示了未使用导电凝胶时的数据情况。必须使用导电凝胶，否则电极网格无法正常工作。如果使用过多的凝胶，可能会导致电极之间发生桥接。该情况下的数据如图2B所示。发生桥接的电极会显示出完全相同的信号。当制备和佩戴过程操作仔细时，可获得高质量的数据，如图2C所示。
图3展示了来自一个典型事件相关电位（ERP）范式（oddball任务）的实验流程和数据，该数据来自一名参与者。图3A展示了该实验范式。具体而言，实验者在钢琴上播放一段预设的两种不同音符序列（中央C和中央G）。中央C被频繁播放（328次），而中央G则被较少播放（78次）；参与者需要对较少出现的音符进行计数。开源的AFEx应用程序记录了所有音符的起始时间、响度（RMS）和频谱内容（PSD）。Record-A应用程序同时记录了声学特征和脑电图（EEG）4。在分析中，根据功率谱密度（PSD）对不频繁和频繁音符进行了区分（详见Hölle等19）。脑电数据经过0.1 Hz高通滤波和25 Hz低通滤波处理。通过使用广义特征向量分解计算空间滤波器，以最大化目标信号20。在 图3B、C中，可以观察到典型的听觉处理相关的ERP成分，例如两种音符均诱发的N1成分，以及仅在需要计数的不频繁音符上出现的P3成分。这些结果与以往使用c-grid1， 3和帽式EEG21，22的oddball研究结果一致。
<img alt="脑电图电极放置示意图，显示脑部映射、cEEGrid 文件和信号分析可视化。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64897/64897fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 1"> 
图 1：良好的阻抗示例。 所有数值单位均为千欧姆（kΩ）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64897/64897fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="脑电图数据对比：低质量与高质量信号；线图；脑电分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64897/64897fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：不同质量的未处理信号示意图。 （A）完全未使用电极凝胶时采集的10秒数据示例。 （B）电极之间发生桥接时采集的10秒数据示例。 （C）实验室中采集的10秒高质量数据示例。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64897/64897fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="音频-脑电图实验；声音分析、脑电信号提取；波形图；认知研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64897/64897fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：一名参与者在事件相关电位（ERP）范式（奇球任务）中的实验结果。（A）范式概览。参与者聆听一段由钢琴演奏的音调序列，并需计数其中出现频率较低的音调。智能手机同步记录脑电（EEG）信号和声学特征。（B）所有c-grid通道的ERP结果。缩写：REF = 参考电极；DRL = 接地电极。（C）基于左上角所示空间滤波器计算得到的ERP。（<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64897/64897fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>）

本文介绍了使用c-grid（耳部脑电图，商品名为cEEGrid）在实验室内外长时间记录脑电活动的操作流程。本方案详细描述了如何安装这些电极阵列，以及如何利用它们记录脑电活动。

c-grid（耳内脑电图，以cEEGrid为商品名销售）是一种隐蔽且佩戴舒适的电极阵列，可用于研究……

大家好，我是来自奥尔登堡大学“日常生活神经生理学”课题组的 Martin Bleichner。我们使用 cEEGrid 技术在实验室之外研究大脑活动。cEEGrid 的主要优势在于，它能够实现在日常生活中记录脑电图（EEG）。本实验方案的目的是帮助您获得高质量的耳内脑电图（ear-EEG）数据。我们将展示如何使用cEEGrid以获得最佳结果，如何准备cEEGrid，如何准备受试者，以及如何进行记录。cEEGrid有两侧。外部为黑色文字。电极的导电表面位于内侧，在记录过程中朝向受试者的皮肤。请小心 handling cEEGrids。请勿触碰导电表面，不要过度弯曲cEEGrids，并避免对其施加拉力。为确保cEEGrids功能正常，我们建议在记录前对其进行测试。已使用过的cEEGrids也可再次重复使用。为了检查每个电极，可以使用万用表。首先将万用表设置为测量电阻模式，然后将万用表的一个探针连接到 cEEGrid 电极，另一个探针连接到 cEEGrid 上对应的触点，检查是否能够测得电阻值。或者，可以使用电极凝胶连接所有cEEGrid电极，确保电极之间无间隙。连接完成后，将cEEGrid连接至放大器的接口。要观察到信号，您需要根据连接器布局，将 cEEGrid 连接到参考电极和接地电极所在的一侧。检查所有电极的阻抗是否均处于较低水平。您应看到八个记录电极亮起。然后擦去凝胶。为了获得最佳记录效果，受试者的头发应清洁干燥，且未使用任何护发产品。在准备受试者时，需能够接触到耳后及耳周区域。对于较长的头发，使用发夹以便更方便操作。将 cEEGrid 放置在受试者耳部周围，观察其贴合情况。同时检查 cEEGrid 是否能够在不接触耳朵的情况下环绕耳部放置。cEEGrid 不应接触耳后或耳垂，因为一段时间后可能会引起不适。重新调整位置时还需注意 cEEGrid 将覆盖的区域，这些区域在使用后需要进行清洁。cEEGrid 只有一种尺寸，可能并不适合所有人的耳朵大小。对于较大的耳朵，使用小剪刀将C形内侧电极周围的塑料部分适当剪除。需特别注意，切勿剪到电极或导电通路。使用研磨性电极凝胶，稍加压力清洁受试者耳部周围的皮肤，但应确保受试者仍感到舒适。务必彻底清洁将被cEEGrid覆盖的整个区域。在准备过程中，应询问受试者是否有任何步骤使其感到不适。涂抹凝胶后，用酒精清洁耳后区域。然后用干净的毛巾擦干。皮肤清洁的程度可能决定记录成功与否。作为额外选择，您还可以在耳后贴一条小条医用胶带，以提高舒适度。在每个电极周围贴上双面 adhesive 贴片。确保贴片不覆盖电极的连接表面。然后在每个电极上涂抹少量约扁豆大小的电极凝胶。避免使用过多凝胶，因为这可能会溢出到粘合材料上，降低与皮肤的粘附性。过多的凝胶还可能在电极之间形成导电通路。移除粘性贴片。在此步骤中，若凝胶被擦除，需在相应部位重新涂抹。请受试者将头发从耳部移开，以免影响佩戴。尽可能将头发拨开，确保贴片直接接触皮肤。根据发际线的不同，耳部上方的头发区域并不总是能够实现电极放置。将cEEGrid电极围绕耳部定位，就位后将其按压至皮肤上。注意不要将cEEGrid放置得离耳部过近，以免给受试者带来不适。在 cEEGrid 与耳后之间留出一些空间，约一至两毫米。同时，请受试者按压电极，并取下任何发夹。如有需要，现在还可以小心地将眼镜或面部贴片的条带放置在耳朵上。对另一只耳朵重复此操作。总结如下：首先，使用磨砂凝胶清洁皮肤。第二步，用酒精清洁皮肤。第三步，用干净的毛巾擦干。一些cEEGrids还配有预先附着的C形贴纸，如此处所示。操作步骤保持不变。在每个电极上添加少量导电凝胶，并移除C形贴纸。再次将cEEGrid放置于受试者耳部周围，就位后将其按压到皮肤上。如果 cEEGrid 贴合不良或信号质量较差，建议取下 cEEGrid，擦去受试者耳部周围的残留凝胶，并重新佩戴一个新的 cEEGrid。下一步，将 cEEGrid 连接到放大器。将连接器接入移动 EEG 放大器。然后将cEEGrid电极连接到连接器上。cEEGrid可与任何具有匹配连接器的放大器相连。请确保您了解连接器的布局，包括接地电极和参考电极的位置。为了固定放大器，可以使用头带，例如。或者，我们在此使用一种内置在颈戴式扬声器中的放大器，我们称之为 nEEGlace。nEEGlace 使设备的安装更加舒适和快捷。连接时，请避免过度弯曲 cEEGrids 或拉扯 cEEGrid。注意应将 cEEGrids 的右侧插入连接器中。连接到智能手机或笔记本电脑后，请检查电极的阻抗。阻抗通常会随着时间的推移而逐渐改善，初始时每个电极的阻抗无需低于10千欧姆。接下来，简要检查脑电（EEG）信号。请受试者咬紧牙关、眨眼并闭上眼睛，同时观察相应的脑电信号。如果到目前为止一切正常，您就可以开始实验并采集数据了。数据记录完成后，断开 cEEGrids 与放大器的连接，并取下放大器。轻柔地将 cEEGrids 从受试者身上取下。务必避免过度弯曲 cEEGrid，也不要拉扯受试者的头发。清洁 cEEGrid 时，先将其浸泡在水中几分钟，然后小心地取下粘性贴片，并冲洗掉残留的电极凝胶。同样要注意，切勿刮伤材料表面。在cEEGrids干燥后，可再次重复使用。实验人员在使用cEEGrids时可能会犯一些错误。以下展示一些典型的示例数据。此处我们展示了未使用凝胶时的数据情况。cEEGrids 采用湿电极，必须使用凝胶才能工作。如果凝胶用量过多，cEEGrid 的电极之间可能发生桥接。此情况下的数据如下所示。桥接电极显示出完全相同的信号。如果制备和安装操作仔细进行，便可获得高质量的数据，我们在此展示这些数据。最后，我们记录了一项钢琴演奏的失匹配负波任务，其中一种音调被频繁播放，而另一种音调则被较少播放。要求受试者对出现频率较低的音调进行计数。本实验的数据如下所示。此处我们观察到预期的事件相关电位（ERP）反应，例如针对低频音调的P3成分。如果仔细遵循这些步骤，您将获得高质量的耳内 EEG 数据。我们希望本实验方案有助于推动您的研究进展。

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