人体活动细胞或组织不论在静止状态还是活动状态，都会产生与生命状态密切相关的、有规律的电现象，称为生物电。
生物电
通过高精度微弱生物电信号采集技术，可以采集人体的各类电生理信号，包括脑电、肌电、心电等，并可以对得到的数据进行分析、存储。
其中脑电是所有生物电信号中最为微弱，采集难度最高的信号。包含了大量脑神经细胞的电生理活动信息，可以体现人的思维活动和肢体动作等信息。科研领域所说的一般是指头皮脑电，是大脑皮层的电信号透过颅骨和头皮，弥散到头皮的电信号。
经颅电刺激(Transcranial Electrical Stimulation, tES)通过电极将特定模式的低强度电流作用于大脑头皮以调控皮层活动, 是一种非侵入、无创的神经调控方法。根据刺激电流的模式的不同, TES分为经颅直流电刺激(tDCS), 经颅交流电刺激(tACS)和经颅随机电刺激(tRNS)。
tDCS原理图
tES目前可用于治疗中风，疼痛，帕金森，癫痫，阿兹海默，抑郁等疾病，而在健康被试者身上的试验已经表明其可用于提高执行特定任务时的认知能力，并可以提高语言、记忆、数学、逻辑、注意力、协调等各方面的能力。
作为一种新兴的无创神经调控技术，经颅电刺激在脑科学研究领域有着广阔的应用前景。
与经颅磁刺激相比（TMS），经颅电刺激的刺激较弱，但更容易引起皮质兴奋性的变化，刺激后的效用比经颅磁刺激更持久，且几乎不会引起不良反应，价格比经颅磁刺激更低廉，也更为便携，同时还可以设立伪刺激进行对比研究。
与其他非侵入性的脑刺激技术不同，tES刺激并非通过阈上的刺激使神经元产生动作电位而发挥作用。虽然已知有一些宏观的治疗效果，但目前tES的内在机制依然不甚明了，属于尚处研发阶段的技术，其详细的机制和功能更适合在学术实验室被研究和证实。
脑电采集技术作为脑成像的的一种研究方法，具有时间分辨率高、信号直观且无创等特点。
结合脑电技术的使用能让使用者在刺激的同时能够同步监测脑电的变化，直观量化的评估和分析电刺激干预手段对脑功能的影响。此外，通过EEG功率谱的分析还可以识别被试的脑电特征，从而为经颅交流电的刺激方案提供参考依据。
于是，EEG与tES的联合应用成为脑科学领域的发展趋势之一。将EEG和tES结合，既可以为tES提供一种检测手段，利用脑电图提供tES内在机制的一些有价值的信息，还可以为tES提供反馈信息，用以优化电刺激的参数。这些参数包括：
1.刺激的位置：刺激点的定位准确与否严重影响着其作用效果；
2.刺激的强度和时间：刺激的强度和时间直接影响刺激结束后皮质的兴奋性的改变时间。
同步记录EEG和tES的实验设计
基于EEG和tES的同步系统主要包括以下应用：
1.提高语言、记忆、数学、逻辑、注意力、协调等各方面的能力；
2.治疗中风，疼痛，帕金森，癫痫，阿兹海默，抑郁，失语等神经疾病；
3.量化研究（电极片大小、电流强度、治疗时间等）、机制研究（EEG/MRI等）。
然而，这两种技术的连用需要解决两个问题：物理性兼容和电气性兼容。物理性兼容，指的是在应该有足够的空间可以同时安置电刺激电极和脑电采集电极，并且在保证仪器正常工作的情况下，尽可能多的安放脑电电极；电气性兼容则是指尽最大可能的减少电刺激电流对脑电信号的影响。
物理性兼容
传统的经颅电刺激通常使用两个大的垫片（一般为5cm*7cm）向大脑施加电流。这样一来就会损失很多脑电电极位置，不利于数据的收集，高精度经颅电刺激的出现则大大改善了这一状况。
高精度经颅电刺激（HD-tES）的出现在一定程度上解决了物理性兼容的问题。
高精度经颅电刺激物理设计
不同于传统的两通道电刺激技术，高精度经颅电刺激使用了5个直径小于12mm的小电极来进行刺激输出，在提高电刺激精准度和可控性的同时，降低了对空间的需求。高精度经颅电刺激采用一个中心电极环绕四个周围电极的设计。安放时，一般采用与国际标准脑电相同的电极位置安放。
电气性兼容
在解决了物理性兼容问题之后，还有一个更大的问题亟待解决——电气性兼容问题。对于脑电技术而言，良好的原始信号是无可取代的，后期的信号处理如滤波、独立成分分析（ICA）等虽然也可以获得比较干净的数据，但这些处理手段一方面比较复杂，另一方面也会对真实的脑电信号造成影响。
对脑电技术而言，剔除干扰信号的最优解永远是在采集过程中最大限度的减少干扰带来的影响。劣质的脑电信号轻则会让实验者在投入大量的人力物力后一无所获，重则会误导实验者得出错误的结论。因此，从采集设备和电刺激设备入手是解决问题的选择。目前，市场上主流的脑电品牌的噪音屏蔽技术已经比较完善，因而提高电刺激系统的电器兼容性相对而言是一个经济有效的方式。
脑电波的不同类型
目前，高精度经颅电刺激与脑电的兼容存在两种方案：一种方案是将脑电电极和电刺激电极分开放置，这种方案较为常见，其优点在于对脑电的影响比较小，且对电极的要求较低；另一种方案则是将脑电电极和电刺激电极安放在同一个位置这样既可以对目标区域进行电刺激，又可以采集该部位的脑电信息。
为了解决EEG-tES联用的兼容问题，相关研究人员不断改进技术，优化产品，如世界知名的脑电设备生产公司Neuroelectrics研发出一款高精度的多通道经颅电刺激系统Starstim可以很好的解决以上问题。
类型多通道经颅电刺激系统Starstim
Starstim能够提供DCS、tACS、tRNS等多种EEG仿真刺激波形，可以提供真正的闭环式研究范式，不但能够提供神经电刺激并且可以同步采集EEG信号。
一项研究使用Starstim进行EEG-tES同步研究。约12毫米直径的氯化银电极（Ag / AgCl）和导电盐凝胶被用于EEG记录和刺激。根据10–10 EEG系统，选择了八个电极（AF7，AF8，FT7，FT8，TP7，TP8，PO7和PO8）位置，如图1（a）所示。刺激期间的活动电极分别是AF7（左额叶）和PO8（右顶枕叶）。在不涉及刺激的协议期间，所有八个电极均充当EEG记录电极。脑电波频谱以500 Hz采样。
根据研究需要，Neuroelectrics公司还开发出一款EEG采集和电刺激的两用电极SPONSTIM，该电极是海绵材质，配合生理盐水可以配合Starstim进行经颅电刺激，并提供8、25、35cm²多种尺寸规格，其中25cm²和35cm²的接触面更大，可用于双导电刺激的实验。
SPONSTIM海绵电极
tES作为重要的神经调控手段，具有安全性高、操作简单等优势，目前受到了越来越多的关注，随着技术参数的不断改进，作用效果逐渐明确，应用领域也不断拓展,而且tES对脑节律具有良好的调节作用。
EEG与tES的联合应用，可以实时测量tES的刺激部位和刺激传导，了解刺激的效果，优化刺激大脑的位置、时间和方式，直观的量化的评估和分析电刺激干预手段对脑功能的影响，从而为进一步提高该神经调控技术的调控效果提供了评估手段。
相信随着技术的不断完善在神经精神疾病治疗和脑功能探索方面将有更加广阔的应用前景，无创神经技术调控技术也将取得更多突破。
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