脑电图（EEG）与事件相关电位（ERP）
从今天起，我将开始写写关于脑电(EEG/ERP)、近红外(NIRS)、经颅磁(TMS)等方面的技术资料；从今天起，想分享一些自己对这些的技术的理解；从今天起，也是想把一些知识点及使用的注意事项记录下来。我刚开始写这些，希望大家多多包涵，有错误的地方能给予我一些指导。
首先向大家介绍一下脑电图（EEG）与事件相关电位（ERP）的相关知识，我们首先来说说脑电图，脑电图（electroencephalogram；EEG）是通过精密的电子仪器（这里说的精密仪器涉及到很多参数，如：输入阻抗、共模抑制比等，这些内容将在后续的内容中提到），从头皮上将大脑内部的自发性生物电位信息加以放大记录而获得的图形，是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。以脑细胞电位活动的电压值为纵轴，时间为横轴，记录的电位活动——时间关系曲线，这就是脑电图（EEG）。
脑电图的定义
在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动，而人正是通过这些电活动来完成各种生理机能的，用单极导联或双极导联电极将这种电位随时间变化的波形提取出来并加以记录，就可以得到脑电图。
脑电图的基本原理
脑电图根据电极放置于颅内或颅外，可分为头皮电极脑电图、颅内电极脑电图，本文主要介绍临床上/科研上经常接触到的头皮电极脑电图。脑电图跟心电图、肌电图一样，都是利用仪器来记录大脑电位活动。头皮电极脑电图是从头皮上将脑部的自发性电活动加以放大记录而获得的图形。脑电信号经过放大器（因为脑电信号非常微弱，为mv或uv级别，而且得经过颅骨和头皮的衰减，所以需要经过数百万倍的放大才能显示出来）、滤波器（减少干扰）最后形成我们所看到的图形。不论是那种类型脑电图仪，都至少都会经过输入、放大、调节、记录/显示、分析数据等部分。
脑电图使用的意义
通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病进行诊断和治疗，特别是脑电图在癫痫治疗、诊断脑血管病方面有重要作用，所以很有必要对人的脑电图进行研究和探索。
脑电图电极放置
脑电图是采用国际上通用的10—20系统电极放置法。
电极命名的国际统一标准有下列几个基本原则：
代表数字： 头皮电极的代表数字国际通用阿拉伯数字；左半球为奇数，右半球为偶数。A1 和A2 代表左右耳垂（参考电极）
电极位置： 应根据颅骨标志经测量加以确定，测量应尽可能与头颅大小及形状成正比例，电极的标准位置应适当地分布在头颅的各个部位。
电极名称： 根据脑解剖部位命名，如额、颞、顶、枕等（常以各部位英文名的第一个字母大写F、T、P、O等 来表示）。相关脑区各解剖部位电极应代表和体现各个脑皮质区的功能。
①、前后矢状线：从鼻根至枕外粗隆取一连线，在此线上，由前至后标出５个点，依次命名为：额极中点（Fpz ）、额中点（Fz）、中央点（Cz）、顶点（Pz）、枕点（Oz）。额极中点至鼻根的距离和枕点至枕外粗隆的距离各占此连线全长的10％，其余各点均以此连线全长的20％相隔。这就是10—20系统名称的来源
②、横位：从左耳前点（耳屏前颧弓根凹陷处）通过中央点至右耳前点取一连线，在此连线的左右两侧对称标出左颞中（T3）、右颞中（T4）、左中央（C3）、右中央（C4）。T3、T4点与耳前点的距离各占此线全长的10％，其余各点（包括Cz点）均以此连线全长的20％相隔。
③、侧位：从Fpz 点向后通过T3、T4点至枕点分别取左右侧连线，在左右侧连线上由前至后对称地标出左额极（Fp1 ）、右额极（Fp2 ）、左前颞（F7）、右前颞（F8）、左后颞（T5）、右后颞（T6）、左枕（O1）、右枕（O2）各点。Fp1 、Fp2 点至额极中点（Fpz ）的距离与O1、O2点至Oz点的距离各占此连线全长的10％，其余各点（包括T3、T4）均以此连线全长的20％相隔。
④、其余的左额（F3）、右额（F4）点分别位于Fp1 、Fp2 与C3、C4点的中间；左顶（P3）、右顶（P4）点分别位于C3、C4与O1、O2点的中间。一般奇数表示左侧，偶数表示右侧。左右侧各取８个电极，加上前后位上的额中点（Fz）、中央点（Cz）、顶点（Pz）以及两个耳电极共21个电极。此法的特点是电极排列与头颅大小及形状成比例，电极以标准位置适当的分布于头颅主要部位。
F7（左前颞）、T3（左中颞）、T5（左后颞）及O1（左枕），其中T3为此线与双耳前凹连线的交点，O1距Oz为10％。FP2沿右外侧向后连线与此相对应，从前向后依次为FP2（右额极）、F8（右前颞）、T4（右中颞）、T6（右后颞）及O2（右枕）。从FP1至O1和从FP2至O2各作一连线，为左、右矢状旁连线，从FP1和FP2直线向后每20％为一个电极位点，左侧依次为F3（左额）、C3（左中央）、P3（左顶）和O1（左枕），右侧依次为F4（右额）、C4（右中央）、P4（右顶）和O2（右枕）。
脑电图基本特征
脑电图中的周期、振幅、相位是脑电图的基本特征
周期：由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶的时间间距在基线上的投影。
振幅：从波顶划一直线使其垂直于基线，由这条直线与前后两个波底连线的交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。
相位：有正相，负相之分，以基线为准，波顶朝上者为负相波，波顶朝下者为正相波。
脑电图分类
1）α波和α节律：α波乃每秒8～13周波范围的电活动，而重复节律性地出现的8～13周波活动谓之α节律。α波和节律波幅的范围为50～100微伏。大脑各区均有α活动和α节律，不过以枕部最为明显。枕部平均波幅为50～70微伏，其它部位平均为10～30微伏。睁眼时α波消失，闭眼后又出现。
2）β波和β节律：β波是每秒18～30周波范围内的电活动。波幅为20～50微伏。β波以额区和中央区为最明显，6％正常人的脑电图以β波为主。它的出现意味着大脑比较兴奋。
3）γ波：为每秒35～45周波的脑电活动。波幅较低，约为α波波幅之半。额区及前中央区最多。
4）δ波和δ节律：系指每秒0.5～3周波的电活动。正常δ波的波幅为10～20微伏，出现在额区，不以纺锤样出现，且不得多于8～10％，其它各区则少于5％。δ活动为儿童的（正常）主要波率。在睡眠,深度麻醉,缺氧或大脑有器质性病变时出现。
5）θ波和θ节律：θ活动的波率为每秒4～7周波。波幅为20～40微伏，是正常儿童的主要脑电活动，两侧对称，颞区多见，可达25％，但不以纺锤样出现。
6）σ波：波率为每秒14～17周波的脑电活动。临床意义不明。
脑电图影响因素
影响脑电图的主要因素有年龄、个体差异、意识状态、外界刺激、精神活动、药物影响和脑部疾病等，其中年龄和个体差异与脑生物学特点及遗传心理因素有关。外界剌激与精神活动引起的脑电波改变属于脑机能活动的一些生理性变化。药物影响和脑部疾病所产生的脑电波变化往往是病理性的，但也可以是一过性和可逆性的。
以上是向大家介绍了下脑电图的基本知识，接下来，我还要给大家介绍下事件相关电位（ERP）知识。
凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区所引起的电位变化。
（一）事件相关电位的基本概念
对大脑高级心理活动如认知过程作出客观评价，我们很难将意识或思维单纯归于大脑某一部位组织、细胞或神经递质的改变，因为仅采用具体、微观的自然科学手段如神经分子生物学、神经生化学难以解决具体的心理活动。二十世纪六十年代，Sutton提出了事件相关电位的概念，通过平均叠加技术从头颅表面记录大脑诱发电位来反映认知过程中大脑的神经电生理改变，因为事件相关电位与认知过程有密切关系，故被认为是“窥视”心理活动的“窗口”。神经电生理技术的发展，为研究大脑认知活动过程提供了新的方法和途径。
事件相关电位（ERP）是一种特殊的脑诱发电位，通过有意地赋予刺激仪特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激所引起的脑的电位。它反映了认知过程中大脑的神经点生理的变化，也被称为认知电位，也就是指当人们对某课题进行认知加工时，从头颅表面记录到的脑点位。经典的ERP主要成分包括P1、N1、P2、N2、P3，其中前三种称为外源性称为，而后两种称为内源性成分。这几种成分的主要特点是：首先不仅仅是大脑单纯生理活动的体现，而且反映了心理活动的某些方面；其次，它们的引出必须要有特殊的刺激安排，而且是两个以上的刺激或者是刺激的变化。其中P3是ERP中最受关注和研究的一种内源性成分，也是用于测谎的最主要指标。因此，在某种程度上，P3就成了ERP的代名词。
（二）诱发电位的特征
事件相关电位（ERP）是一种特殊的脑诱发电位，诱发电位(Evoked Potentials，EPs)，也称诱发反应(Evoked Response)，是指给予神经系统(从感受器到大脑皮层)特定的刺激，或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系统和脑的相应部位产生的可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。诱发电位应具备如下特征：
1.必须在特定的部位才能检测出来；
2.都有其特定的波形和电位分布；
3.诱发电位的潜伏期与刺激之间有较严格的锁时关系，在给予刺激时几乎立即或在一定时间内瞬时出现。
（三）诱发电位的分类
诱发电位的分类方法有多种，依据刺激通道分为听觉诱发电位、视觉诱发电位、体感诱发电位等；根据潜伏期长短分为早潜伏期诱发电位、中潜伏期诱发电位、晚(长)潜伏期诱发电位和慢波。临床上实用起见，将诱发电位分为两大类：与感觉或运动功能有关的外源性刺激相关电位和与认知功能有关的内源性事件相关电位(Event-Related PotentialS，ERPs)。
内源性事件相关电位与外源性刺激相关电位有着明显的不同。ERPs是在注意的基础上，与识别、比较、判断、记忆、决断等心理活动有关，反映了认知过程的不同方面，是了解大脑认知功能活动的“窗口”。经典的ERPs成分包括P1、Nl、P2、N2、P3(P300)，其中P1、N1、P2为ERPs的外源性(生理性)成分，受刺激物理特性影响；N2、P3为ERPs的内源性(心理性)成分，不受刺激物理特性的影响，与被试的精神状态和注意力有关。现在ERPs的概念范围有扩大趋势，广义上讲，ERPs尚包括N4(N400)、失匹配阴性波(Mismatch NegatiVity，MMN)、伴随负反应(Contigent NegatiVe Variaeion，CNV)等。但长期以来有人通常以P3作为事件相关电位的代称，虽有失偏颇，但临床应用甚广。
（四）事件相关电位的测试方法
事件相关电位属于长潜伏期诱发电位，测试时一般要求被试者清醒，并在一定程度上参与其中。引出ERPs的刺激是按研究目的不同编制而成的不同刺激序列，包括两种及两种以上的刺激，其中一个刺激与标准刺激产生偏离，以启动被试的认知活动过程。如果由阳性的物理刺激启动，除了由认知活动产生的内源性成分，尚包括外源性刺激相关电位；如由阴性刺激来启动心理活动过程，则引出由认知加工而产生的内源性成分。
P300为ERPs中重要的内源性成分，现时对它的研究最为广泛。多为神经精神学科研究，如精神分裂症、脑血管疾病和痴呆症、智力低下等，通过研究P300的潜伏期、波幅、波形变化，反映认知障碍或智能障碍及其程度，同时尚应用于测谎研究。另有人将P300、CNV用作观察神经精神药物治疗效果的指标。事件相关电位的另一内源性成分N200为刺激以后200毫秒左右出现的负向波，反映大脑对刺激的初步加工，该波并非单一成分，而是一复合波，由N2a和N2b两部分组成，N2a不受注意的影响，反映对刺激物理特性的初步加工。
刺激模式：刺激模式的设置是研究ERPs的关键，要求根据研究目的不同设计不同的刺激模式，包括两种及以上不同概率的刺激序列，并以特定或随机方式出现。包括视觉刺激模式、听觉刺激模式、躯体感觉刺激模式。听觉刺激模式包括三类：1.随机作业(OB刺激序列)；2.双随机作业；3.选择注意。OB刺激序列(oddball paradigm)：通过耳机同步给高调、低调纯音，低概率音作为靶刺激，诱发ERPs。通常靶刺激概率为10—30％，非靶概率70一90％，刺激间隔多采用1．5—2秒，刺激持续时间通常为40—80毫秒，反应方式为或默数靶信号出现次数或按键反应。
（五）影响事件相关电位的因素
▲物理因素
刺激的概率：靶刺激概率越小，P3的波幅越高，反之，波幅减小。一般靶刺激与非靶刺激的比例为20：80；刺激的时间间隔：间隔越长，P3波幅越高；刺激的感觉通道：听、视、体感感觉通道皆可引出ERPs，但其潜伏期及波幅不尽相同。
▲心理因素
事件相关电位检测过程中一般要求被试者主动参与，因而被试者的觉醒状态、注意力是否集中皆可影响结果。另外，由于被试者只有识别靶刺激并作出反应才能诱发出ERPs成分，因此，作业难度对测试结果也有影响，难度加大时，波幅降低，潜伏期延长。
▲生理因素
年龄：不同年龄P3的波幅及潜伏期不同。潜伏期与年龄呈正相关，随年龄增加而延长，而波幅与年龄呈负相关。在儿童及青少年，波幅较高；分布：ERPs各成分有不同的头皮分布。
事件相关电位( ERP) 作为可以反映大脑高级思维活动的一种客观方法在研究认知功能中得到广泛的应用, 而作为其内源形成分的P300是ERP中最典型、最常用的成分和认知过程密切相关, 被视为“窥视”心理活动的一个窗口，并认为它是脑研究的一种新型手段。
事件相关电位具有高时间分辨率的特点,使其在揭示认知的时间过程方面极具优势,能锁时性的反映认知的动态过程.该方法已经成为研究脑认知活动的重要手段.P300是较早发现的内源性事件相关电位成分,主要与人在从事某一任务时的认知活动如:注意、辨别、及工作记忆有关。P300可能代表期待的感觉信息得到确认和知觉任务的结束，目前已被广泛用来研究认知功能。其潜伏期反映对刺激物评价或归类所需要的时间即反应速度，随作业难度的增加而延长，而波幅反映了心理负荷的量，即被试投入到任务重的脑力资源的多少。虽然P300对认知损害评价的临床应用较广，但近年来的研究证实P300的脑内源不止一个，而是与多种认知加工有关，所以其在认知损害特征的精确描述方面有一定的局限性。
今天就给大家介绍这么多，以上内容主要参考书籍《临床脑电图》及相关网络资源。
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