李穎潔

①上海大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，上海 200444；②上海大學(xué) 錢偉長學(xué)院，上海 200444

1 源起

通過特制的電極可以從人的頭皮上采集到微弱的電信號。1924年德國精神科醫(yī)生Hans Berger采集到首個人體腦電信號，他將其命名為electroencephalogram(EEG)，即腦電圖[1]，也就是人們常說的腦電波。這個看起來像正弦波的腦電波形，由于是第一個被發(fā)現(xiàn)的，因此人們采用了首個希臘字母α來命名它，稱其為α波。Berger博士也因其在該領(lǐng)域的出色貢獻(xiàn)，被后人稱為“人類腦電圖之父”。

關(guān)于腦電的起源，目前公認(rèn)的觀點(diǎn)認(rèn)為：腦電活動是由垂直方向的椎體神經(jīng)元和它們的頂樹突的突觸后電位產(chǎn)生的，在不同的深度測量到的腦電信號有不同的名稱和應(yīng)用。①臨床上提到的腦電通常是采用Ag/AgCl或金質(zhì)盤狀電極在頭皮上采集到的信號，被稱為頭皮腦電(scalp EEG)，因其獲取容易且對受試者沒有傷害而得到了廣泛應(yīng)用。②將顱骨打開，用鉑銥或不銹鋼電極直接從皮層表面采集到的信號被稱為皮層腦電(electrocorticography，ECoG)或顱內(nèi)腦電(intracranial EEG，iEEG)。由于避開了頭蓋骨和中間組織的影響，ECoG/iEEG信號的質(zhì)量要比頭皮EEG好很多。但由于這種采集對受試者是有創(chuàng)的，一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。③如果繼續(xù)深入，用金屬或玻璃探針插入大腦更深的地方，我們就會采集到局部場電位(local field potential，LFP)，也稱為“微腦電”(micro-EEG)[2]。④此外，臨床上還有一種立體定向腦電技術(shù)(stereo-electroencephalography，sEEG)是20世紀(jì)50年代法國醫(yī)生提出的探測癲癇發(fā)作的方法，目前多應(yīng)用于對癲癇病人的治療和病情的評價。sEEG通常通過立體定向框架或機(jī)器人導(dǎo)航，在顱骨上鉆一個或多個直徑1～2 mm的孔，然后將電極通過這個“孔”插入到大腦深部，以記錄腦電信號。顯然，這是一種微創(chuàng)技術(shù)[3]。從信號來源上看，sEEG信號本質(zhì)上就是LFP信號，由于信號質(zhì)量高，近年來越來越多的研究者開始借助這一技術(shù)展開神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究。

頭皮腦電信號，臨床上常被稱為“腦電圖”，是電極記錄下來的腦細(xì)胞群的自發(fā)性、節(jié)律性電活動，是大腦神經(jīng)電活動產(chǎn)生的電場經(jīng)過由皮層、顱骨、腦膜和頭皮組成的容積導(dǎo)體傳導(dǎo)后的頭皮電位差與時間之間的關(guān)系圖。作為腦神經(jīng)細(xì)胞總體活動，腦電是包括離子交換、新陳代謝等在內(nèi)的一系列變化的綜合外在表現(xiàn)。這種電活動伴隨生命的始終，一旦主體死亡，電現(xiàn)象就會隨之消失。深入地研究腦電波的特性將推進(jìn)人們對自身大腦的探索研究進(jìn)程，增強(qiáng)人們對相關(guān)疾病的輔助診斷能力，也可能為提高腦功能提供某種工具。隨著全球腦科學(xué)研究的不斷推進(jìn)，腦電這一與腦活動直接相關(guān)的電信號正在受到越來越多的關(guān)注。本文將針對頭皮腦電信號，從采集、處理分析到應(yīng)用，帶著讀者概覽這一技術(shù)的前世今生。

2 腦電信號

頭皮采集到的腦電信號非常微弱，只有10-6V數(shù)量級。人們通過電極采集到的信號常常淹沒在噪聲里，必須經(jīng)過低輸入噪聲、高共模抑制比、高輸入阻抗的放大器獲得[4]，然后保存在計(jì)算機(jī)或其他存儲設(shè)備以備后續(xù)處理分析，最后才能將有意義的結(jié)果呈現(xiàn)給研究者(圖1)。

圖1 腦電采集系統(tǒng)框圖

2.1 記錄

隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，腦電采集技術(shù)和裝置也在不斷改進(jìn)中。采集系統(tǒng)由最初的只能記錄1～2個通道到后來逐漸出現(xiàn)了6導(dǎo)、8導(dǎo)等多通道腦電圖機(jī)。現(xiàn)在臨床常用的腦電圖機(jī)有16導(dǎo)、32導(dǎo)和64導(dǎo)。在研究領(lǐng)域，目前腦電采集記錄裝置已經(jīng)可以做到512導(dǎo)，大大提高了腦電記錄的空間分辨率。早期的模擬研究預(yù)測，合適的電極之間的距離應(yīng)為1～2 cm。這樣的話，如果要覆蓋整個頭部，一般需要超過100個電極[5]。但是，也有研究表明，電極過多會對后續(xù)的分析帶來麻煩[6]。目前，研究領(lǐng)域比較公認(rèn)的是采用64通道腦電記錄儀，既兼顧了一定的空間分辨率，又不至于因?yàn)殡姌O距離過近而帶來更多的噪聲。因此，無論是臨床應(yīng)用還是科學(xué)研究，多數(shù)腦電采集實(shí)驗(yàn)需要通過在電極和受試者頭皮之間注入導(dǎo)電膏來提高電極與頭皮的接觸性能。而這項(xiàng)工作，即使對于一個熟練的實(shí)驗(yàn)操作人員而言也是需要花費(fèi)一定時間的。如一頂64通道的電極帽，要想使得每個電極位置上的頭皮阻抗達(dá)到要求(例如，小于5 kΩ)，需要30 min左右的時間。因此在臨床應(yīng)用時為了節(jié)約時間、提高患者的依從性，多數(shù)傾向于采用32導(dǎo)及以下通道的腦電系統(tǒng)。當(dāng)然，在特殊用途下的腦電圖電極數(shù)目，要遵循特殊需求，如通過腦電分析來定位癲癇發(fā)作的位置，由于定位分析的精確度與電極數(shù)量相關(guān)，因此通常采用高密度腦電采集系統(tǒng)，這時多采用64～256導(dǎo)系統(tǒng)[5]。為了解決注入導(dǎo)電膏耗時較長的問題，有研究者開發(fā)了在鹽水中浸泡后使用的腦電電極、無需導(dǎo)電膏的干電極。但是，這類電極的信噪比還是要低于傳統(tǒng)通過導(dǎo)電膏導(dǎo)電的濕電極[7]，要想全面取代濕電極還需要更深入的研究。

如今，采集設(shè)備的便攜性也越來越好。從世界上第一臺，幾乎占據(jù)了半個房間的設(shè)備，到現(xiàn)在只有“巴掌大”的放大器，腦電記錄儀正在向小型化、便攜式、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方向邁進(jìn)。例如，Neuroscan 64導(dǎo)腦電放大器，約一本B5書的大小(4.5 cm×18.7 cm×21.8 cm)，質(zhì)量僅1.5 kg。設(shè)備的信號采樣率也由早期的100 Hz、1 000 Hz，到現(xiàn)在的每個通道20 000 Hz，采集到的信號質(zhì)量也越來越好。除了傳統(tǒng)的有線采集系統(tǒng)，越來越多的研究者研發(fā)出穩(wěn)定工作的無線腦電采集系統(tǒng)，通過藍(lán)牙、Wifi等技術(shù)將信號無線傳輸?shù)浇邮斩?，方便信號的采集和接收。正是這些技術(shù)進(jìn)步使得腦電的實(shí)用性越來越高。近期，Kam等[8]研究對比了無線干電極系統(tǒng)和有線濕電極系統(tǒng)，他們指出在可控實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，目前的干電極無線采集系統(tǒng)性能從用戶體驗(yàn)到信號質(zhì)量都已經(jīng)可以和濕電極有線采集系統(tǒng)相媲美。

2.2 預(yù)處理及分析

人們已經(jīng)明確知道腦電信號是典型的非平穩(wěn)、非線性的微弱信號[9]，而且腦電信號非常敏感，任何心理、生理狀態(tài)的改變都可能帶來信號的變化，僅憑目視觀察無法獲得這些變化的意義，更難對臨床應(yīng)用有幫助。因此，獲得了信號后，研究者的主要工作就集中在對信號的處理分析上了。預(yù)處理是任何后續(xù)分析的基礎(chǔ)，通常包括濾波、去偽跡(眼電)、去壞段和基線校正等過程(圖2)。目前，研究者一般采用一些開源的預(yù)處理工具來完成，例如EEGlab和Fieldtrip等Matlab工具箱，此處不贅述。

根據(jù)腦電信號獲得方式的不同，可以分為自發(fā)腦電(spontaneous，EEG)、誘發(fā)腦電(evoked potential，EP)和事件相關(guān)腦電位(event-related brain potential，ERP)。后兩種信號通常是在自發(fā)腦電預(yù)處理的基礎(chǔ)上經(jīng)過疊加平均的方式獲得。

自發(fā)腦電是指受試者沒有進(jìn)行任何任務(wù)或受到任何外界刺激，大腦處于相對靜息的狀態(tài)時采集到的腦電，通過指導(dǎo)受試者采用安靜閉目或直視屏幕中間的方式來獲得。對自發(fā)腦電的分析通常包括：針對單通道信號的時域分析、頻域分析和時頻分析，針對多通道信號之間相互關(guān)系的相互依賴性分析以及腦網(wǎng)絡(luò)分析等[10]。由于自發(fā)腦電的復(fù)雜性，現(xiàn)在更多的研究傾向于借助事件或任務(wù)來“誘發(fā)”出特定的腦活動變化，以便研究對應(yīng)的腦機(jī)制。當(dāng)然上述的分析方法仍然可以根據(jù)具體情況來選擇使用。

EP是一種不同于自發(fā)腦電的大腦電活動。張香桐院士給出了這樣的定義：“中樞神經(jīng)系統(tǒng)的任何部位，如果刺激感覺器官、感覺神經(jīng)、感覺通路上的任何一點(diǎn)時產(chǎn)生的可以測量的電變化，就叫作誘發(fā)電位?！盵11]它是一種出現(xiàn)在自發(fā)腦電背景上的信號，比自發(fā)腦電還要微弱。EP的出現(xiàn)與給定的刺激有一定的鎖時(time locked)關(guān)系，因此通過疊加平均技術(shù)可以有效提高信噪比，即將多次相同刺激后得到的腦電活動以刺激時刻對齊，疊加平均得到穩(wěn)定的誘發(fā)電位。通常不同的外界刺激會誘發(fā)出不同的EP信號，或者說不同感官的誘發(fā)電位是不同的。刺激特性的差異可以清晰地反映在誘發(fā)電位的波形結(jié)構(gòu)上，因此就有了視覺誘發(fā)電位、聽覺誘發(fā)電位和體感誘發(fā)電位。EP信號具有與刺激出現(xiàn)時刻嚴(yán)格鎖時的關(guān)系，而且誘發(fā)出的成分的幅值也受刺激的影響，因此對EP的分析主要集中在潛伏期(latency)和波幅上，也有一部分研究工作關(guān)注EP的波形結(jié)構(gòu)。

還有一類特殊的EP，通過有意地賦予刺激以特殊的心理意義，利用多個或多樣的刺激所引起的腦的電位就是所謂的事件相關(guān)電位(ERP)。它反映了認(rèn)知過程中大腦的神經(jīng)電生理變化，也被稱為認(rèn)知電位，是20世紀(jì)60年代由Walter和Sutton等[12-13]最早提出的。如今，ERP分析已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于腦功能研究，在心理學(xué)、生理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)及其他生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域都具有很高的研究與應(yīng)用價值，被譽(yù)為“觀察腦功能的窗口”。對ERP的分析也集中在潛伏期和電位的幅度上。ERP分析本身并不復(fù)雜，研究的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)范式的設(shè)計(jì)和對結(jié)果的分析解讀。要想用合適的實(shí)驗(yàn)誘發(fā)出穩(wěn)定的特異性成分，需要反復(fù)的嘗試和探索；要想搞清楚每一個ERP成分的生理基礎(chǔ)和其反映的生理意義需要深入的研究。

除了經(jīng)典的ERP成分分析法，還有研究關(guān)注到那些與事件相關(guān)，但不存在鎖相關(guān)系的振蕩活動，被稱為“刺激感生”(stimulus-induced)信號。對這類信號的振蕩特性分析就是著名的事件相關(guān)腦電去同步(event-realated EEG desynchronization，ERD)/腦電同步(event-realated EEG synchronization，ERS)。還有更一般地，被稱為事件相關(guān)譜擾動(event-related spectral perturbation，ERSP)分析[14]，通常是對每一次試次(trial)的信號分別進(jìn)行譜分析，然后將多次同樣刺激下的譜分析結(jié)果進(jìn)行疊加平均后得到。這種分析也被稱為“事件相關(guān)腦振蕩活動動力學(xué)”(event-related dynamics of brain oscillations) 。針對這類問題，有研究者提出了更新的觀點(diǎn)。2002年Makeig在《神經(jīng)科學(xué)進(jìn)展》(Trends in Neuroscience)上發(fā)文提出用“事件相關(guān)腦動力學(xué)”(event-related brain dynamics)來統(tǒng)一腦電生理研究[15]。2004年他再次發(fā)文提出了他們的動力學(xué)模型，指出無論是傳統(tǒng)的疊加平均后得到的ERP信號，還是感生的(induced)腦電活動的譜特性，或者是兩者的簡單結(jié)合都不能完整地刻畫數(shù)據(jù)包含的事件相關(guān)動力學(xué)特性[16]。Makeig提出綜合采用信號處理和可視化方法來刻畫空間分布的事件相關(guān)腦電動態(tài)變化。首先，用 ICA對采集到的信號進(jìn)行預(yù)處理，不僅將偽跡成分去除，還可以將彼此獨(dú)立的成分分離出來；然后，采用ERSP和試次間相干(inter-trail coherence，ITC)對處理后的信號進(jìn)行時頻分析，建立事件相關(guān)的時頻狀態(tài)空間；最后，通過逐試次可視化(trial-bytrial visualization)觀察ERP圖像(ERP image)完成整個分析過程。此處的ERP圖像不同于傳統(tǒng)的通過多個試次的信號疊加平均后得到的ERP，而是采取某種規(guī)則對所有試次的信號進(jìn)行排序后得到的。如按照受試者完成任務(wù)的反應(yīng)時排序[17]，這樣得到的ERP與僅僅根據(jù)刺激鎖定(stimuluslocked)得到的ERP結(jié)果是不一樣的，可以提供更多的對應(yīng)腦電源的事件相關(guān)動力學(xué)分析。

筆者認(rèn)為可以將上述分析統(tǒng)稱為事件相關(guān)腦電分析，它分析的信號是任務(wù)態(tài)，即所謂的與某種事件相關(guān)聯(lián)的腦活動，分析的內(nèi)容不僅有時間特性(如ERP)、譜特性(如ERSP)，還關(guān)心其他可能的特性。無論是哪種分析方法，最終的目的都是用來刻畫腦功能特性。2010年Dauwels等[18]撰文針對基于E E G的阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)患者的早期診斷的眾多研究進(jìn)行了比較，這是少有的將眾多方法放在一起進(jìn)行比較的文章，雖然只是針對AD的早期診斷的同步分析方法，但結(jié)論對其他研究依然有借鑒意義。他們發(fā)現(xiàn)很多分析方法的相關(guān)性非常高，這提示我們在選擇不同分析方法的時候要在明確信號特性的前提下有的放矢地選擇。

2.3 與其他技術(shù)的結(jié)合

每一種技術(shù)都有自身的優(yōu)勢和劣勢，將具有不同優(yōu)勢的技術(shù)結(jié)合起來以提升研究的水平，是研究者最容易想到的辦法之一。腦電記錄技術(shù)由于其具有很高的時間分辨率，在認(rèn)知科學(xué)研究領(lǐng)域，常常被用來和其他技術(shù)相融合，以期達(dá)到更好的研究效果。

2.3.1 與功能磁共振成像技術(shù)

功能磁共振成像技術(shù)(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是腦功能研究中最得力的研究工具之一，其原理是利用磁振造影來測量神經(jīng)元活動所引發(fā)之血液動力的改變。fMRI由于其具有非侵入式、沒有輻射暴露問題的特點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。fMRI具有優(yōu)秀的空間分辨率，可以追蹤“細(xì)致”到毫米級的腦活動變化(1個體素代表1 mm3量級)。目前，臨床上磁共振成像技術(shù)(MRI)的磁場強(qiáng)度已經(jīng)從0.5 T發(fā)展到3 T，磁場強(qiáng)度為7 T的MRI系統(tǒng)也已經(jīng)商業(yè)化。大量fMRI研究開始在7 T的MRI系統(tǒng)上進(jìn)行，大大提高了信號的信噪比[19]。但是這一技術(shù)的缺點(diǎn)是時間分辨率較差。相對單個神經(jīng)元的放電活動信號，fMRI信號在時間上有1～10 s的延遲，也就是說這一技術(shù)的時間分辨率最高只能達(dá)到“秒”級。雖然研究者也給出了一些改進(jìn)時間分辨率的方法，但依然無法與EEG相比。

在常用的腦功能研究技術(shù)中，EEG具有最高的時間分辨率，而fMRI具有最高的空間分辨率[20]。EEG和fMRI已經(jīng)被證明是腦功能研究中最有效的兩種無創(chuàng)研究手段，將兩者結(jié)合可以解決時間分辨率和空間分辨率不能同時都高的問題，EEG-fMRI也因此成為多模態(tài)研究中最受關(guān)注的方法之一[21]。例如，Pisauro等[22]采用同步EEG-fMRI技術(shù)研究了人們基于價值的決策過程中的證據(jù)累積過程(evidence accumulation，EA)的活躍腦區(qū)。在基于價值的決策過程中，EEG表現(xiàn)出特異的結(jié)果，作者將計(jì)算模型、同步記錄的腦電和fMRI相結(jié)合，分析得到在基于價值的決策過程中的關(guān)鍵腦區(qū)是額葉后內(nèi)側(cè)皮質(zhì) (posterior-medial frontal cortex，pMFC)。

事實(shí)上，這兩種技術(shù)的結(jié)合也面臨著技術(shù)瓶頸，如安全問題和偽跡問題。研究初期，由于MR具有很強(qiáng)的靜態(tài)磁場以及在圖像采集過程中快速變化的梯度，使得MR掃描儀對EEG的采集以及受試者的安全都造成很大的影響[23]。隨著相關(guān)研究的不斷深入，研究人員通過硬件改造和算法改進(jìn)等方式，降低了安全風(fēng)險，提高了信號質(zhì)量。目前，很多解決方案已經(jīng)商業(yè)化，有效地促進(jìn)了相關(guān)研究的發(fā)展[24]。

2.3.2 與經(jīng)顱磁刺激技術(shù)

經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)是一種磁刺激技術(shù)。它利用脈沖磁場作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，改變皮層神經(jīng)細(xì)胞的膜電位，使之產(chǎn)生感應(yīng)電流，影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動，從而引起一系列生理生化反應(yīng)。TMS同步EEG記錄(TMS-EEG)技術(shù)不僅在腦科學(xué)研究中占據(jù)著獨(dú)特的地位，在臨床上也有很好的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)成為研究大腦興奮性和連通性的有力工具[25-26]。采用TMS技術(shù)，人們可以主動干預(yù)參與認(rèn)知活動的腦區(qū)，并通過分析在干預(yù)過程中同步記錄的EEG信號，可以研究大腦活動的瞬時變化，從而了解特定腦區(qū)在認(rèn)知活動中扮演的角色。借助TMS-EEG，人們可以研究TMS刺激對功能障礙的改善作用、對任務(wù)表現(xiàn)的影響，還可以研究刺激對皮質(zhì)活動的抑制或激活作用，以及在臨床上研究腦疾病的病理生理學(xué)等[27]。

在這類研究中，碰到的最大的問題也是偽跡問題。TMS會在EEG信號上“誘發(fā)”出巨大的偽跡，以至于無法正常地對EEG進(jìn)行常規(guī)分析。目前，最普遍的去除方法是直接“截除”震蕩偽跡(ringing)，再通過插值補(bǔ)足數(shù)據(jù)，最后用ICA去除諸如肌電、眼電等其他偽跡。有最新研究稱，他們開發(fā)了全自動單脈沖TMS-EEG數(shù)據(jù)中偽跡去除的算法ARTIST，通過與手動去除偽跡的效果對比，表明自動去除算法取得了更佳的結(jié)果[28]。ARTIST和手動算法的理論基礎(chǔ)一致，因此目前還沒有從根本上徹底解決TMS誘發(fā)的大偽跡的方法[29]。

2.3.3 其他

此外，EEG與功能近紅外成像(functional near-infrared spectroscopy，fNIRS)、眼動儀等方法也多有結(jié)合。例如，眼動研究借助眼動儀，記錄被試執(zhí)行任務(wù)時眼睛視線的運(yùn)動軌跡，以研究被試執(zhí)行任務(wù)時的認(rèn)知功能等。腦電與眼動結(jié)合的研究問題多與注意力、視覺的研究有關(guān)，也有與腦疾病相關(guān)[30]。隨著眼動和腦電采集設(shè)備的簡易化、便攜化，兩者結(jié)合的這個領(lǐng)域還處在方興未艾階段，有很多待“開墾”的研究。

3 廣泛應(yīng)用

與其他腦影像技術(shù)相比，EEG信號獲取便利，設(shè)備成本相對較低，能實(shí)時反映腦活動變化，因而得到研究者的持續(xù)關(guān)注。目前，EEG的應(yīng)用和研究涉及的領(lǐng)域也越來越寬，包括臨床應(yīng)用、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、腦機(jī)接口、神經(jīng)心理學(xué)、神經(jīng)教育學(xué)和神經(jīng)管理學(xué)等。本文只簡略地對臨床應(yīng)用研究相關(guān)的成果作介紹，其他內(nèi)容讀者可以進(jìn)一步查閱相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行深入了解。

EEG的臨床應(yīng)用主要是在神經(jīng)系統(tǒng)疾病和精神類疾病上，范圍包括輔助診斷、病程進(jìn)展評估和輔助治療等。其中，診斷和評估的研究占據(jù)了絕大部分，而輔助治療方面的研究除了后面提到的腦機(jī)接口有比較好的應(yīng)用，還大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

目前，腦電較成功的臨床應(yīng)用是在癲癇的診療領(lǐng)域。當(dāng)年，Berger博士發(fā)現(xiàn)EEG時的實(shí)驗(yàn)，就是用于癲癇發(fā)作診斷和定性描述的實(shí)驗(yàn)。作為癲癇診斷中最重要的檢查項(xiàng)目之一，常規(guī)腦電圖是診斷癲癇的首選檢查。因?yàn)槟X電圖檢查時常常是在發(fā)作間期，無法提供更多有用的信息，所以臨床上，監(jiān)測動態(tài)腦電或結(jié)合觀察患者行為表現(xiàn)的視頻腦電圖(video EEG)，成為鑒別發(fā)作性質(zhì)及類型的最有效的檢查方法之一，亦是國際上普遍采用的癲癇和癲癇綜合征分類的重要依據(jù)。當(dāng)然，隨著sEEG技術(shù)的進(jìn)步，癲癇發(fā)作的精準(zhǔn)源定位有望通過sEEG獲得[31]。

再以阿爾茨海默病為例，這是一種神經(jīng)退行性疾病，占全世界4 600多萬癡呆癥病例的近70 %。雖然AD沒有治愈方法，但是準(zhǔn)確的早期診斷和對疾病進(jìn)展的描述可以提高AD患者及其護(hù)理人員的生活質(zhì)量。目前，AD的診斷采用標(biāo)準(zhǔn)化的精神狀態(tài)檢查，通常需要昂貴的神經(jīng)影像學(xué)掃描和侵入式的實(shí)驗(yàn)室檢查來輔助，這使得診斷費(fèi)時且昂貴。EEG已經(jīng)成為研究AD的一種非侵入式替代技術(shù)，可與更昂貴的神經(jīng)成像工具(如MRI和PET)相競爭[32]。近幾十年，很多研究都試圖找到腦電的生物標(biāo)記作為輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive disorder，MCI)和AD的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)。例如，Babiloni等[33]使用枕區(qū)的δ和α1電流密度作為線性單變量分類器的輸入對正常人和AD患者進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率達(dá)到75.5 %。在對帕金森病的研究中也發(fā)現(xiàn)，EEG緩慢化趨勢和全局認(rèn)知損傷有關(guān)聯(lián)，而在長期跟蹤研究中發(fā)現(xiàn)，主要的頻帶活動減少以及θ波的增加，表現(xiàn)為EEG緩慢化，被認(rèn)為是認(rèn)知損傷的生物標(biāo)記[34]。在精神疾病領(lǐng)域，也有大量的基于EEG的研究工作。例如，Pizzagalli等[35]發(fā)現(xiàn)治療前的前喙扣帶皮質(zhì)θ活動可以作為預(yù)測抑郁癥恢復(fù)良好的預(yù)后標(biāo)記(治療非特異性生物標(biāo)記)。綜上，EEG具有一定的輔助診斷能力，可以在一定程度上幫助預(yù)測疾病的治療。通過EEG對疾病的病程進(jìn)行評估可以幫助醫(yī)生對患者進(jìn)行及時干預(yù)，以獲得更好的療效。但是，由于結(jié)果的不穩(wěn)定性，個體差異性大，大多數(shù)研究還是局限在實(shí)驗(yàn)室，真正直接用于臨床診斷的還很少。

在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，腦電的足跡幾乎遍布所有子領(lǐng)域，從語言、聽覺、視覺、感官到情緒，直至冥想，可以這么說，凡是與人的大腦相關(guān)的活動，都有基于腦電的研究工作。近年來，在腦電信號的應(yīng)用中，最引起人們關(guān)注的要算腦機(jī)接口(brain computer interface，BCI)了。由于相關(guān)的研究體系越來越龐大，在這里就不展開了，有興趣的讀者可以閱讀有關(guān)的文章[36]。

4 小結(jié)

未來已來，隨著人工智能時代的來臨，人們對于人類智能的探索熱情空前高漲。腦電信號作為一種直接來自于人體的承載著神經(jīng)活動特征的信號，必將在這個舞臺繼續(xù)扮演著重要的角色。

總結(jié)起來，未來腦電波的研究主要有3個方面的趨勢：

(1)首先，由于頭皮腦電的空間分辨率有限，信噪比不高，如果要得到很好的應(yīng)用，必須認(rèn)識到，偽跡問題仍然是限制腦電信號應(yīng)用范圍的首要因素[37]，解決它是一個長期任務(wù)。

(2)其次，機(jī)器學(xué)習(xí)的再次興起，在EEG領(lǐng)域也掀起了熱潮。有研究通過數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法將癥狀、行為學(xué)、腦功能等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合來區(qū)分精神疾病的亞型，提高了輔助診斷的精確率[38]。同時，我們也注意到，基于腦電分析的結(jié)果由于個體差異性大，受影響因素多，而較難在實(shí)際應(yīng)用中推廣。因此，未來可以從兩個方面著手：其一，進(jìn)一步增加樣本量，形成大數(shù)據(jù)，利用人工智能從中尋找更具普遍性的規(guī)律；其二，針對個體差異，尋找制定“個性化”指標(biāo)體系。

(3)最后，隨著基于EEG的特征提取精度的提高，為將其應(yīng)用到干預(yù)治療系統(tǒng)中提供了可能。

綜上，僅僅利用頭皮EEG研究神經(jīng)機(jī)理是不夠的，一定要輔以其他的技術(shù)手段才可能一探端倪；而由于信號采集的便捷性、無創(chuàng)性使得基于EEG的應(yīng)用技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力和前景。