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脑电电极帽

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电极帽在EEG数据实验中重要吗?
重要的,电极帽上一般都带有电极传感器,通过在电极传感器与头皮之间注入某种电解质就可以进行电信号的传导。这也是在脑电实验中经常所说的“阻抗测量”,它的好坏,决定着数据质量的好坏。
我曾经写过一篇《我所使用过的脑电设备》,在这些设备中,就包含这两大类的电极帽,分别来说明下,它们有啥不同。

干电极帽:

电极直接与头皮接触,无需任何电解质。
优点:不需要导电膏,不会黏黏糊糊的,使用后也不用洗头了。
缺点:阻抗不容易降,信号质量也一般,会存在较大的伪迹信号。
适用领域:干式电极帽主要目的是解决现实世界的环境或专业产品或服务,在未来开展脑机接口的转化上会比较适用。

湿电极帽:

需要在电极与头皮间注入电解质。
湿电极帽可分为:凝胶电极帽、盐水电极帽以及半干式电极帽。
凝胶电极和盐水电极是最常用的测量EEG信号的传感器。这两类电极是要求在头皮和电极之间使用高导电性的电解物质(凝胶或kcl溶液),以获得良好的接触并降低头皮到电极间的阻抗。
在某些时候,使用凝胶电极可能还需要对皮肤进行一些处理,比如去角质等来提高接触质量。凝胶就是导电膏,就是通过导电膏来传输信号。

凝胶电极

优势:具有更好的信噪比,传输信号好,阻抗容易降。
缺点:打导电膏时间长,被试难受,耗材,需要大量购买,还有就是普通型的导电膏也不建议使用超过3-4小时,容易变干。
适用领域:大多数用于科研,保证信号质量好。

盐水电极帽

使用一定配比的盐溶液可进行传输信号。
优势:不需要打导电膏,佩戴时间短,阻抗也容易降,被试也舒服。
缺点:持续时间不够长,至多1小时,液体容易流动。
适用领域:受试者是老年人或者是儿童群体时,使用会非常方便。

半干式电极帽

通过少量水滴湿润的情况下进行信号传输(半干式电极几乎是干的,但不完全是)
这个电极帽不常见,其实通常使用干式电极帽的时候,在电极上涂一点导电膏,这类的电极帽就是半干式电极帽。它与纯干式电极相比,信号质量会好;与传统的凝胶电极相比,实验准备时间缩短,使用后无需清洁设备和头部。缺点也是显而易见的,跟干式电极类似。
既然说到电极帽,我们通常还会遇到的问题是电极帽的导联数和所使用的定位系统。

电极帽的导联数

使用过脑电设备的人来说,会经常性的通道8导、16导、32导、64导、128导、256导设备,它其实是指代的是电极帽上有多少个电极传感器,导联数越多,所能探测到的脑电信号越多。
脑电信号通道的数量决定了我们能够处理的信息量。虽然很难一概而论,但一般的划分可以是:
> 64ch: 高密度神经图像研究,主要依靠源定位和信号处理过滤。
32-64ch: 神经科学研究,脑电图成像(伴有严重的脑电伪影过滤)。
19ch: 临床研究和实践中使用的标准10-20系统。
16-32ch: 应用神经科学研究领域,如脑机接口、生物医学工程、神经工程、心理学等。
8-16ch: 用于运动神经康复、认知神经康复、消费者神经科学等,这类研究我们通常需要知道测量的大脑活动和区域。
< 8ch: 特殊的应用,包括测量一个定义明确的神经过程,需要一个简单而快速的设置(例如,传统的一个皮层位置的神经反馈,睡眠脑电图的测量等)。

定位系统

传统我们所熟知的10-20系统,根据头皮电极的位置和大脑的皮层区域来标记它们。标签上有一个字母,用来识别每个电极记录的大脑区域。可以参考文章《10-20系统》。
另外,在使用电极帽的时候,还会遇到这三类电极——接地电极/COM电极、参考电极、记录信号电极。
不论使用何种电极帽,都会有这三类电极,也经常会听到打导电膏时,一定得先打接地电极、参考电极、然后在打记录信号电极。它们分别的作用:
接地电极/COM电极:用于将放大器和受试者放置在同一电位,减少共模干扰,同时接通信号。
参考电极:用于相对的零电位信号,从每个记录电极中减去该信号获取值。
记录信号电极:放置在我们想要测量的特定头皮位置。
对于在线参考和离线参考的问题,可以查看以往写过的内容。
电极线中还会听到的是有源屏蔽电极和无源电极,还有一些是关于主动电极和被动电极,这些主要就是屏蔽一些电磁干扰的作用。只要环境做屏蔽,大体上也差不了多少。

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本文作者:Chen Rui