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简介

今天给大家初步介绍有关脑电的知识，前面几章主要是给大家介绍了贝叶斯网络的知识，由于小落叶目前是一名研一的学生，目前的研究方向是基于贝叶斯网络的癫痫分析，所以前面介绍的也都是贝叶斯网络的知识。因此，从今天开始，小落叶将会给大家总结归纳一些有关脑电和贝叶斯的知识，如果有感兴趣的朋友，可以相互加微信或者QQ等联系方式。

脑电信号

大脑信号的采集方式

侵入式技术

侵入式技术一般用于采集单个神经元的电位信号，往往需要在外科手术的帮助下完成。一般过程为：移除部分颅骨，植入电极，复原颅骨。一般仅用在猴、老鼠等实验性动物上，或者需要做脑外科手术的病人上。

细胞外记录：是使用最多的侵入式技术。将微电极植入脑部目标区域，并调整电极位置，使其非常贴近某个细胞，以采集锋电位引起的电压波动。微电极通常使用极细的金属导体或其他材料导体。
四极管和多电极阵列：将四根导线绑在一起，通过神经元到四个电极的距离可以唯一确定神经元位置，这就可以同时记录多个神经元信号。多电极阵列即将微电极组成网络，相较于单电极提高了空间分辨率。
皮质脑电图(ECoG)：通过颅骨手术将电极置于大脑表面来记录脑波信号。ECoG一般只在临床使用，例如，监测术后癫痫的发病。
光学记录：利用电压敏感染料( VSDI)和成像技术以高时空分辨率对神经元点活动进行可视化。

非侵入式技术

脑电图(EEG)：EEG也是用电极来传递大脑信号，但这种方法不需要将电极植入，只需将电极安放于干净的头皮即可。EEG信号反映了大量的神经元产生的突触后电位的叠加。
脑磁图(MEG)：利用仪器设备例如超导量子干涉仪( SQUID)[3]测量脑电产生的磁场。
功能性磁共振成像(fMRI)：人体大脑在响应某种指令时，神经元的活动会变得强烈，使得血流量发生变化。测量血流量变化即可反映脑电信息。
功能性近红外成像(fNIR)：同fMRI类似，但fNIR是测量血氧水平变化，也属于间接测量。
正电子发射断层成像( PET)：通过检测人体的代谢来间接判断大脑活动。

综上，非侵入式技术中EEG方式时间分辨率高，仅在毫秒范围内。同时，实验环境及设备要求简单，对人体几乎无损伤，本方案采用EEG技术采集脑电信号。

脑电信号的分类与特点

大脑神经元主要依靠电信号通信。这种电信号具体体现为峰电位。神经元受到外界刺激后，其膜电位会经历两个过程：先快速上升，再快速下降，类似脉冲信号。这两个过程所刻画的现象即为峰电位。因此，这种电位特征即脑波可作为大脑活动的映射。

脑波存在多种频段，并且快慢不一。脑波分为5类：δ波、θ波、α波、β波、γ波。具体定义如下：

①δ波：频率范围在0.5-3.5Hz。δ波在时域上的振幅很大，但变化缓慢，在婴儿中比较常见。成人在深度睡眠时也可能产生，此时一般是经历了某些活动(例如，睡眠剥夺)后导致身心疲惫，正在对自身进行修复。

②θ波：频率范围在4-8Hz。θ波一般在人困倦或相当放松的情况下产生，比如，我们常说的“半梦半醒之间”，在心理和精神上呈现极度松弛的状态。

③α波：频率范围在8-12Hz。α波与舒适惬意的状态有关。在该频段的前半部分，大脑就像一辆处于发动状态下的汽车，尚未正式开始行驶，却又时刻等待着司机踩下油门。人们在闭眼后，想象一些平静的、放松的画面，半分钟内，α波的成分就会开始变多。α波在头后部的三分之一处最为显著。

④β波：频率范围在13-30Hz。与前三种脑波相比，β波幅度相对更小，变化相对更快，反映了相对较强的心理活动，同时，注意力也更集中了。这种状态下人们常常是精神饱满、跃跃欲试的。处于该频段的前半部分的一些活动，例如，感觉运动节律( SMR)，与注意力的放松程度有关。

⑤γ波：频率范围在30-100Hz。γ波是非常快的EEG信号。当人体的思考量很大，需要集中精力处理来自大脑的不同区域的信息如多感官整合时，或短时间内有很高的记忆要求时，会产生这种脑波。

总之，不同程度意识活动会产生不同频段的脑波。脑电信号存在如下特点：

①幅值小：一般最多为几十微伏。

②干扰源多：脑电信号采集过程中，设备电路将产生一些高频本底噪声；我国还有城市供电产生的50Hz工频干扰；受试者的心电、眼电、肌电等也会引发相应的伪迹。

③频段低：频率在0.5-100Hz，属于低频信号。

④不确定性强：脑电的影响因子太多，各类生理条件又在时刻变化，其背后的规律尚未被完全探知，只能通过统计手段表征和辨识。

脑电信号的伪迹

除脑电外，人体自身其他部位的生理活动也会产生电信号。这些信号在人体的各种组织间传播，叠加在本就微弱的脑电信号中，形成伪迹，制约实验结果的精度。常见的伪迹有以下几类：

①眼电( EOG)伪迹：EOG包括眼球转动和眨眼产生的电信号，根据眼球的运动特征，分为水平眼电、垂直眼电和径向眼电。

②肌电( EMG)伪迹：EMG是一种复杂的生物信号，与肌肉的活动程度、机体运动机能和意图相关。脑电中的EMG伪迹主要来自头部，如咀嚼、皱眉等。

③心电( ECG)伪迹：心脏的电活动会产生ECG。ECG虽然具有一定的幅值，但心脏距离头皮很远，ECG传递到头皮处时会有很大的衰减。值得注意的是，心跳是周期性运动，所以ECG信号也带有一定的周期性。

④舌电伪迹：人体的舌头也存在一对电极，正极为舌根，负极为舌尖。嘴巴做出说话、咬合、歌唱等动作就会产生舌电伪迹，所以需要受试者控制自身动作。

⑤皮电伪迹：由于紧张或环境温度的原因，当受试对象出汗时，皮肤的阻抗会发生变化，导致脑电图混入皮电伪迹，此类伪迹变化很缓慢，频率极低，影响很小，可用适当的滤波去除。

综上，伪迹的成因与种类繁多，但主要为眼电和肌电伪迹，它们难以在采集过程中直接去除，所以需要对采集到的信号进行伪迹去除，以便进行后续的特征提取和识别等操作。

寄语

今天主要是给大家简单的介绍一下脑电的一些知识，为以后做实验打下一些简单的基础。后面可能就会给大家介绍贝叶斯网络是如何搭建以及应用的过程。如果有喜欢小落叶的朋友，希望你们可以动一动你们可爱的小手手给小落叶一些关注。

癫痫的脑电分析

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