大脑是人体最复杂的器官之一，它控制着我们的思维、情感和行为。了解大脑如何工作，对于医学、心理学乃至人工智能等领域都具有深远的意义。

大脑活动时大量神经元同步发生的突触后电位经总和后形成的总电位称之为脑电波（EEG）。它记录着大脑活动时的电波变化，是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。为了记录脑电波，人们发明了脑电监测。脑电监测是一种非侵入性、无创伤的检查方法，它通过在头皮上放置电极来记录大脑的电活动。

1929年，德国精神病学家汉斯·伯杰（Hans Berger）发表了第一篇关于脑电图的论文。他是第一个用非侵入式方法记录人脑电活动记录的人。从那以后，脑电监测技术为我们提供了一扇窗口，让我们能够窥视大脑深处的电生理活动。

脑电监测的安全性

因为基于电极，加上对EEG工作原理缺乏了解，部分民众容易把EEG与电击或电刺激联系起来，担心它会对大脑造成伤害。事实上，EEG上是一种非常温和的过程，它是通过在头皮上放置电极来完成的，这些电极与大脑没有直接接触，因此不会穿透皮肤或进入大脑。它仅仅记录大脑自然产生的电信号，而不施加任何电流。

与某些其他形式的脑成像技术（如CT扫描或PET扫描）不同，EEG不使用辐射，因此没有辐射暴露的风险。
作为一项医疗技术，EEG已经被广泛使用多年，广泛的临床实践中，EEG的安全性始终如一。

脑电监测的工作原理

大脑由数十亿个神经元组成，这些神经元通过电信号相互沟通。当大量神经元同步放电时，就会产生可测量的电活动，这就是脑电波。脑电监测通过在头皮上放置一系列电极来捕捉这些电信号。电极连接到一个记录设备，可以实时显示和分析脑电波的模式，这就是脑电监护仪。

根据频率和波形的不同，可以分为多种类型，如α波、β波、θ波和δ波等，每种波型与大脑的不同状态有关。在紧张状态下，大脑产生的是β波；当身体放松，大脑比较活跃，灵感不断的时候，就导出了α波；当感到睡意朦胧时，脑电波就变成θ波；进入深睡时，变成δ波。睁开眼睛或接受其他刺激时，α波立即消失而呈现快波，这一现象称为α波阻断.

脑电监测的医学与研究应用

在神经学领域，EEG是诊断癫痫等神经性疾病的关键工具。它通过分析脑电波的异常模式，帮助医生诊断疾病。在睡眠医学中，EEG揭示了睡眠周期中大脑的不同活动阶段，有助于诊断睡眠障碍。此外，EEG在神经科学研究中用于探索大脑处理信息和响应外界刺激的机制。

自1990年代以来，随着脑电监测仪的临床应用，研究者发现深度麻醉可能与术后并发症相关。因此，脑电监护仪已成为手术室和ICU的标准设备。中华医学会麻醉学分会的《术中知晓预防和脑电监测专家共识（2021年）》强调了脑电监测在避免麻醉过深导致的不良后果中的重要作用。

脑电极的选择

EEG是大脑头皮表面的电势分布，脑电电极则是用来传递或记录这些电势分布及变化的传感器。电极类型总的来说主要分为湿电极、干电极和半干式电极这三类。传统上多使用湿电级，半干电极是该领域最新成果。

目前，半干式电极是公认的同时结合了湿电极和干电极的优点的新型电极，既兼顾了降低阻抗所需要的电解质层，使用后又不会造成导电膏残留，并且避免了干电极可能对皮肤造成的创伤，同时满足了低阻抗和耐久性的需求，也更为舒适。目前半干凝胶电极已成为脑电信号采集电极的新研究热点。

EEG监测的准备与要求

在进行脑电监测前，需要清洁头皮以减少干扰信号。此外，患者应避免摄入咖啡因和酒精，因为这些物质可能影响脑电波。

监测过程中，患者需要保持放松和静止，以减少肌电干扰。同时，监测环境应安静，避免外部噪声干扰。此外，不同的患者状态、使用的麻醉药物、肌松深度以及心脏起搏器都会影响监测到的麻醉深度指标。

脑电监护与脑机接口

过去的2023年中，以ChatGPT、文心一言为代表的AI迅速发展，这一年也被部分媒体称为“人工智能元年”，人们对于人类智能的探索热情也空前高涨。脑电信号作为一种直接来自于人体的承载着神经活动特征的信号，在这个舞台继续扮演着重要的角色。

EEG在认知神经科学中应用广泛，涵盖了从语言、听觉、视觉到情绪和冥想等大脑活动的各个方面。近年来，脑机接口（BCI）技术因其能够通过分析EEG信号来实现人脑与计算机的直接交流而备受关注。这是一种基于大脑产生的神经活动的交流技术，独立于大脑周围神经和肌肉的正常输出通路。这种技术允许人们通过思考来控制外部设备，让残疾人士也能打字和驾驶。

脑电监测是发展脑机接口技术的基础，通过收集和分析EEG信号，BCI系统能提供对大量大脑活动信息、精神状态的连续访问。为了实现长期 BCI 应用，需要具有低接触阻抗的长效 EEG 电极。目前研究正集中于开发长效且低阻抗的EEG电极，以支持BCI的长期应用，如上文提到的半干电极。

以往的脑机接口通常经由手术植入侵入式电极，因为直接通过EEG得到的数据相对更嘈杂，但是最近AI的发展让直接通过EEG理解大脑成为可能。在《Nature Neuroscience》的一篇论文中，来自加州大学旧金山分校的研究者实践了这一想法。他们使用Encoder-Decoder框架将大脑神经信号转换为文字，在 250 个词的封闭式句子中将错误率降到了3%。这项研究的意义在于，尽管目前的脑机接口已经能让四肢瘫痪患者恢复一定的运动能力，但以打字为例，即使在理想状态下使用虚拟键盘，打字速度仍只相当于用单个手指打字的速度。这项研究表明，基于EEG的无创脑机接口已成为残障人士潜在的福音。如果将人脑的神经信号也视为一种语言，那么这种语言已经有了相对应的机器翻译。

结论

总之，脑电监测是一项安全且成熟的技术，通过媒体传播和科普宣教，可以降低公众对EEG安全性的担忧，鼓励人们接受这项技术。

脑电波为我们理解大脑的工作方式提供了宝贵的信息。随着技术的进步，它将变得更加精确和便捷。随着对大脑的进一步探索，我们有望探知更多关于人类认知和行为的奥秘。

未来，我们可能会看到更多关于脑电的创新应用，或有一天，通过脑电波人们就能理解彼此、感受情绪。

来源: 徐州医科大学