脑电、肌电和眼动，分别适用于哪些研究？

脑电、肌电和眼动是常用的生理信号记录技术，分别适用于不同的研究领域和研究目的。

脑电（Electroencephalography， EEG）

 

脑电是一种记录脑电波的电生理监测方法。具体做法是放置电极于头皮处来记录脑神经元的离子电流产生的电压波动，测量的是众多锥体细胞兴奋时的突触后电位的同步总和。脑电记录可以提供时间精度很高的信号，并且对大脑活动的变化具有较高的灵敏度。在临床上，脑电图最常用于诊断癫痫、睡眠障碍、麻醉深度、昏迷、脑血管疾病和脑死亡。在实验心理学领域，它适用于研究大脑活动与认知功能、情绪、睡眠、意识的研究。此外，它还是一种神经成像方法，在计算神经科学中得到了广泛应用。

EEG收集电信号示意图

虽然脑电图的空间分辨率有限，信号伪迹比较多，但它仍然是研究和诊断的宝贵工具。首先是因为它的价格低廉，即使使用流程繁琐，需要持续购买导电膏、准备洗发水和毛巾等，但它的价格优势仍十分明显；其次就是活动范围大，脑电帽戴在头上时，身体位置的干扰不太会影响脑电的信号；然后是时间敏感度强，能精确到100毫秒以内；最后就是它可以发现一些隐藏的脑电信号，比如在睡觉、发呆、分神时大脑发生的变化，在这些情况下即使没有任何刺激或者行为，大脑的活动仍然可以被监测到。

西班牙Neuroelectrics、美国BEL以及荷兰TMSi SAGA，是目前市场上主流的三款脑电设备。西班牙Neuroelectrics（NE）生产的NE Enobio设备包含干电极（无需导电膏，准备时间缩为5分钟）、导电膏电极、盐水电极、特殊电极即前额电极（仅用于前额测试）还有固体凝胶电极（它是市场上少有的固体凝胶电极）。

NE Enobio脑电系统

荷兰TMSi生产的SAGA脑电测试系统，主要为导电膏电极，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）。

TMSi SAGA脑电测试系统

美国BEL ONE脑电系统是可以用于高清EEG和TES研究的新系列脑电系统，最大的特点是测量范围广。它支持130或280通道，这样的电极整列可以覆盖整个头部范围。

美国BEL ONE脑电系统

肌电（Electromyography， EMG）

 

肌电是指将单个或者多个肌细胞或者部分肌肉组织组织活动时产生的生物电变化，经电极引导，放大、记录和显示所获得的电压变化的一维时间序列信号图形。它可以通过专用的肌电仪或多导生理仪进行测量。每当肌肉收缩时，就会产生电活动，该电活动通过相邻的组织和骨骼传导，然后被相邻皮肤区域上的电极片记录下来。肌电记录可以用于评估肌肉的电活动模式和力量输出，并对运动控制的研究提供重要数据，适合研究肌肉活动与肌力、疲劳、协调、肌肉病理等，现已广泛应用于肌肉工作工效学分析、操作姿态分析、康复状态功能评价、疲劳识别以及肌电假肢控制与动作模式研究中。

表面肌电信号（Surface electromyography，sEMG）是一种安全、容易掌握、非侵入性的记录肌电的方法，是常用的肌电信号采集方式。表面肌电信号是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，其信号是神经肌肉系统在进行随意性和非随意性活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号，振幅约为0—5000μV，频率为30—350Hz，能在一定程度上反映神经肌肉的活动。

sEMG收集电信号示意图

一般选择表面肌电设备需考虑两个因素，一个是环境因素，一个是测试精度。如果需要高密度记录肌电信号，对精度要求比较高，则可选择较多通道数和比较高的采样频率的表面肌电设备，如高密度表面肌电测试系统TMSi HD EMG的SAGA32+/SAGA 64+ 32通道/64通道支持在运动场景下进行测试，能主动屏蔽技术去除环境噪音干扰和电极线扰动的干扰。

高密度表面肌电测试系统TMSi HD EMG

如果需进行远距离控制测量，测试时间长，应用于户外的一些困难测试场景则可选择无线表面肌电测试系统Cometa MiniWaveX。其传感器内置存储器支持8小时本地数据存储、无须电脑PC就可以远距离控制开始/停止采集、即使在系统超出控制范围时依然可以同步采集数据。

无线表面肌电传感器 MiniWaveX WaterProof

如果需进行长时间步态测试及对儿童进行肌电测试，则可选择无线表面肌电测试系统Cometa PicoX，PicoX小巧的体积使它十分适用于儿童肌电测试，并且整个传感器没有任何导线，消除了天线影响，对称式结构的设计大大减少了运动伪迹，这使得它十分适用于步态测试，同时由于电池续航时间长，甚至可以进行全天的步态测试。

Cometa PicoX无线表面肌电测试系列

眼动（Eye tracking）

 

眼动是通过追踪眼球运动来记录注视点和眼动轨迹的技术，眼动追踪研究的最关注的事件是确定人类或者动物看的地方（“注视点”或“凝视点”），准确来说是通过眼动仪设备进行图像处理技术，定位瞳孔位置，获取坐标，并通过一定的算法，计算眼睛注视或者凝视的点，让计算机知道你正在看哪里，何时看的，为什么看的？眼动仪的眼动追踪最常见的一个基本原理是“脑-眼假说”。它认为，我们在看某些信息时，这是我们的大脑在控制的。所以说，通过监测眼动的变化，就可以推断出大脑中正在发生的事情。因此，眼动在视觉系统、心理学、认知语言学的研究中有着广泛的应用。眼动记录还可以揭示视觉注意的分布、扫视模式、信息获取和处理方式等，对于设计界面、人机交互和神经营销相关的研究很有用。 

眼动追踪技术示意图

眼动仪的工作原理与之对应，首先利用摄像机获取眼部图像，接着通过图像处理得到瞳孔位置（像素坐标），然后将这个位置信息通过内置的算法计算，以获得用户在所看的界面上视线的落点，即用户当前注视点在界面上的位置。现代主流的眼动仪设备主要有两种：可穿戴式眼动仪和非接触式眼动仪。

DG3(Dikablis Glasses 3)可穿戴式眼动仪是德国心理人因设备及服务供应商ERGONEERS研发的可穿戴式眼动仪，可以提供高精度和高空间精度的眼动数据。它采用工程塑料材质，坚固、小巧，重量轻，无侵入性，对被试的影响较低。

Dikablis Glasses 3可穿戴式眼动仪

如果对便捷性要求较高，可以选择非接触式眼动仪。SmartEye遥测式眼动仪是一款非接触式眼动仪，兼顾了追踪精度、可视范围（视角）和头部运动空间，功能强大。非接触式眼动仪通常比接触式眼动仪更加轻便，更适合处理移动性更高或受试者需要自行移动的实验或应用场景，比如应用在汽车驾驶、航空航天领域。

SmartEye遥测式眼动仪

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参考文献

[1]Niedermeyer E. and da Silva F.L. Electroencephalography: Basic Principles， Clinical Applications， and Related Fields. Lippincot Williams & Wilkins. 2004. ISBN 0-7817-5126-8.[2]Atlas of EEG & Seizure Semiology. B. Abou-Khalil; Musilus， K.E.; Elsevier， 2006.