想要真正了解人们在想什么,需要深入他们的大脑,那么脑电图(EEG)就是一个探索大脑奥秘的有利工具。
脑电图(EEG),全名:Electroencephalography,是一种非侵入性记录脑电活动的电生理监测方法,电极沿着头皮放置,通过放置在头皮上的多个电极,记录大脑在一段时间内自发进行的电活动,通过这些微量的电活动,可以了解大脑的功能。
在科学家眼中,EEG被誉为“大脑的窗口”。那么,透过EEG这扇窗,我们可以获得哪些信息,又能如何将其合理使用呢?今天我们就来看看EEG正为人熟知的六大应用功能。
EEG和神经营销
生物识别技术的应用一直是神经营销研究的重点,了解消费者购物行为背后的潜在机制以及广告影响这种行为的方式在神经营销中占据重要地位。在神经领域,经济学家使用EEG来检测驱动消费者决策的大脑活动过程,以及在探索实体或虚拟商店时的心理状态。
脑电图在神经营销中的优势主要在于其对环境和成本的要求更低。EEG可以使研究人员能够在自然场景(如电影院、酒吧或零售店等)中测量消费者的反应,而非特定的实验室。此外脑电图的小型生物传感器可以舒适地放置在头部,并且允许被试自由活动,提升了测试的舒适度。
EEG和驾驶行为研究
汽车是一项包含感知、判断、决策和操作的复杂活动,需要大脑协调指挥驾驶员的驾驶操作,脑电信号可以反映驾驶人的心理生理状态,进而表征驾驶员感知活动,将脑电数据分析应用到驾驶行为研究有助于从认知神经科学这一新的视角解释驾驶行为产生机理,为交通安全问题带来新的解决办法。
安全运输行为模拟项目 (SIMUSAFE) 中使用便携式脑电监测系统TMSi监测驾驶员的脑电活动以改善驾驶人的风险感知和决策
EEG和运动科学
研究显示,当运动员的运动负荷过大达到疲劳状态时,脑电图α波减少,θ波增加,δ、θ频段功率会增高而α频段功率下降,由此可以帮助运动员选取合适的训练负荷量,加快运动员掌握运动技能,提高训练效果。
此外,脑电图还可以判断运动性脑损伤,研究显示,轻度运动性脑损伤时,脑电图波形会发生改变,α波显著减少而θ波和δ波明显增多,可运用脑电图检测脑部恢复情况,从而帮助运动员暂停或者改变不适的训练方式。
神经外科医生在跑马拉松时使用便携式脑电监测系统TMS进行全程监测
总的来说,通过体育运动中脑电图波形的变化,可以分析脑电活动规律,研究运动性疲劳及运动性脑损伤对运动员的影响,同时为科学安排运动员训练提供评价依据。
EEG和脑机接口
脑电波在大脑神经活动时的三种模式:相关去同步化(Event-RelatedDesynchronization or Synchronization , ERD/ERS)、事件相关电位 (Event Related Potentials, ERP)和稳态诱发电位(Steady State EvokedPotentials, SSEP)。
当大脑皮质某区域受到感官、动作指令或想象运动等刺激而开始激活时,该区域的代谢和血流增加,同时进行信息加工可以导致相应频段的脑电信号振荡的幅度减低或者阻滞,这种电生理现象称作事件相关去同步化(ERD)。大脑在静息或惰性状态下表现出明显波幅增高的电活动,将其称为事件相关同步化(ERS)。
ERD/ERS用于BCI脑端信号源的三个主要优点:1)他们可以被相当自然和直观的使用,用户只需要想象一个具体任务并发送控制命令;2)它们不需要任何刺激(和ERP相反);3)它们可以被用户自定义使用方式,也就是说,用户可以根据自己的使用习惯启动控制任务或进行自我调节。
事件相关电位(ERP)是一种特殊的脑诱发电位,是指给予神经系统特定的刺激(如短声或闪光等),使大脑对刺激的信息进行加工,在该系统和脑的相应部位产生的可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔和特定位相的生物电反应。
ERP用于BCI脑端信号源的两个主要优点:1)ERP是典型的生理自然反应,用户不需要任何特定的培训;2)ERP有非常短的时间延迟,有益于BCI的及时反馈和控制。
稳态诱发电位(SSEP)是由多个频率持续的即稳态的刺激信号(如规律的闪烁灯光或高低变化的声音)诱发而产生的通过头皮记录到的电位反应,也称调幅调制跟随反应。SSEP的强度与用户对刺激的注意力密切正相关,且反应相位与刺激相位具有稳定的关系。
这个特点使得BCI具有一个相当大的优势:如果BCI 给用户提供多种规律的刺激信号,用户可以用注意力切换来产生不同的SSEP,那么用户也就可以利用不同的SSEP控制多个目标。
无线干电极脑电系统EnoBio应用于基于EEG的脑机接口研究
EEG和临床精神疾病研究
脑电图技术在精神科临床领域目前主要起到辅助的功能,其应用主要有以下几方面:
1.精神心理障碍性疾病诊断与鉴别诊断的辅助依据,分别是功能性与器质性精神障碍的鉴别,如精神障碍为首发症状的脑炎,癫痫所致精神障碍,阿尔茨海默病、精神发育迟滞等,以及发作性精神行为障碍和睡眠障碍性疾病的诊断与鉴别诊断。
2.辅助评估脑认知功能障碍,如精神发育迟滞、精神疾病患者伴认知功能障碍、抗精神病药物对认知功能的损害。
3.精神科用药的辅助监测,监测EEG变化有助于指导剂量调整和药物种类选择,避免第I代抗糖神病药与三环类抗抑郁药的使用过量和疗程过长引起EEG慢波化异常甚至出现样波发放。避免催眠静药物(如苯二氨卓类、巴比妥类)过量可能引起脑电背景活动弥漫性快波分布与嗜睡、记忆力下降。
EEG和神经工程学
神经工程学是一种研究人们在工作和日常生活中从事各种身体和认知活动的大脑活动的学科。Parasuraman 和 Rizzo 等人建议用于人体工程学研究的大脑监测应该是稳健、灵敏、不显眼和经济的,并且应该具有较高的时间分辨率,而脑电图是一种无创方法,通过将电极放置在头皮上以测量大脑的自发电活动,因此EEG技术显然满足这样的测量标准,并有望在更具挑战性的现实世界条件下发挥有效能力。
发表于《frontiers》期刊的《脑电图在体力活动中的神经工程学应用》
看完这些脑电图在各个领域发挥的强大作用,你知道在研究中应该怎么挑选出最适合自己研究的脑电设备吗?
如何选择脑电设备?
如果你是做纯心理学研究的,如认知心理学研究、心理康复、行为心理学研究等,建议大家选择湿电极脑电设备。湿电极脑电设备的优点是数据比较准确,而认知心理学、心理康复治疗正需要需要精准的脑电数据。其缺点是需要花更多时间来准备实验,并且使用时也更加麻烦。
湿电极
如果你是做脑机接口、人因工程方面研究的,干电极脑电设备则更符合你的研究需求。脑机接口、人因工程研究的要求是快速穿戴好设备,不用花长时间准备,拿来就能用,立即出数据,并且可以在空间范围内随意移动,可以去户外,可以去车间、可以做指定任务、动作。
干电极
并且脑机接口要求与其他第三方设备及传感器多模态实时同步,实时任务交互等。显然,这非常不适合用湿电极去采集数据,而干电极脑电设备更加适合。
脑电设备推荐
Enobio无线脑电系统
Enobio是一套可穿戴的无线脑电系统,配套的多款电极帽可以灵活的应用于测试方案,既包含干电极(无需导电膏,准备时间缩为5分钟)又包括湿电极(导电膏电极),还有特殊电极即前额电极(仅用于前额测试),除了这些电极还有固体凝胶电极(它是市场上少有的固体凝胶电极)。
固体凝胶电极
最高32通道的高密度测试方案可以满足多数的研究需求。Enobio的配套软件界面直观易用,设置、记录和可视化分析十分便利,同时还具备24bit的高分辨率确保脑电信号的精度,500SPS的采样率,此外, Enobio主机中内置三轴加速度传感器,在记录EEG时同步记录加速度数据。Enobio的数据可以无线实时传输至PC端软件,也可以存储在SD卡上,非常灵活。
可应用于基础大脑认知、脑机接口、用户体验、神经调节、医疗等多种研究。
Enobio无线脑电系统
便携式脑电测试系统SAGA
荷兰TMSi生产的 SAGA脑电测试系统,主要为湿电极,且都为金属电极,包括环形电极(可以与经颅磁刺激共同采用)、杯状电极(Ag/AgCI杯状电极,耐久性好)、盐水电极,还有特殊电极即cEGrid耳周电极格栅(专门测试耳朵周围的EEG脑电信号)。
其优点是采集单元和数据接受单元是分开的,既可以进行有线连接,也可以进行无线连接,最重要的是SAGA采用了主动屏蔽技术,消除电源噪音干扰及导线扰动的影响因素,最大可采集64个通道数据,最高频率可达4096Hz。并且可以在运动中进行测试。
在运动中测量EEG的脑电设备TMSi SAGA
EEG已经被学术界使用了几十年,得益于它强大的应用功能,正越来越多地被各个领域研究人员所使用。在研究中还与其他生物传感器(如眼动追踪或面部表情分析)结合使用,使脑电图信息的接收范围大大增加。让我一起期待它未来的发展。
如需获取相关设备方案及报价,欢迎致电4006-111-556详询!