什么是EEG(腦電圖)？

腦電圖(EEG)是一種生理學方法，用來記錄大腦通過放置在頭皮表面的電極產(chǎn)生的電活動。

為了更快的應(yīng)用，電極被安裝在與浴帽類似的彈性帽中，確保所有受訪者的數(shù)據(jù)可以從相同的頭皮位置收集。

EEG信號的測量，這對于快速確定大腦活動如何響應(yīng)刺激而變化是有用的并且還可用于測量異常活動，例如癲癇。

EEG設(shè)備如何工作？

EEG信號的形成主要由大腦皮質(zhì)錐體細胞頂樹突的突觸后電位變化的總和形成，這是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)放電相互進行傳導(dǎo)產(chǎn)生的。當產(chǎn)生的電信號越強，這就說明腦部活動越強烈。

EEG設(shè)備的電極不能單獨的測量某個神經(jīng)元放電的，而是同時測量數(shù)千個神經(jīng)元簇放電的結(jié)果，然后通過EEG設(shè)備的放大器將信號放大，進行數(shù)字化描述記錄到軟件中，進行數(shù)據(jù)采集。

EEG設(shè)備的一個缺點是空間分辨率 - 由于電極測量大腦表面的電活動，很難知道信號是在表面附近（在皮質(zhì)中）還是在更深的區(qū)域產(chǎn)生的準確性。當然也有人通過計算的方法將采集的EEG信號進行反演到腦區(qū)位置，這是可能的，但這也不是絕對的精確。

什么是MRI(磁共振成像)？

MRI(磁共振成像)提供了提供了大腦圖譜-在設(shè)定的時間點它的外觀。

這種結(jié)構(gòu)信息可用于確定某些大腦區(qū)域的大小如何在人與人之間進行比較或者特定大腦（例如腫瘤）是否存在異常。

MRI如何工作？

MRI是一種復(fù)雜的成像方法，在這，我們會進行簡單的概述。

顧名思義，磁鐵是磁共振成像的核心，但強度要高的多-比普通冰箱磁鐵強約1000至3,000倍。MRI產(chǎn)生的磁場與氫原子中的質(zhì)子相互作用（而我們身體大約有70％的水，這是非常有用的 - 磁體會影響到很多氫原子）。

通常，這些質(zhì)子的面向是隨機的，但加入磁場后，在磁場的作用下，它們中的很大一部分在同一方向上排列。所以，當我們躺在核磁共振成像機器中，氫原子(這些氫原子位于我們體內(nèi)的水中)中的質(zhì)子會指向大致相同的方向。

而接著，發(fā)射無線電脈沖(就像普通的無線電信號一樣，速度更快)，這也會與質(zhì)子相互作用，基本上將它們轉(zhuǎn)向側(cè)面。但是，由于射頻只發(fā)生了片刻，質(zhì)子便會松弛回到它們之前的對齊狀態(tài)。

隨著質(zhì)子松弛，能量被釋放，會被MRI機器中的傳感器檢測到。通過一些計算，計算機可以根據(jù)釋放的能量確定組織的外觀，并向我們展示組織的圖像。原理如下圖所示：

當然，MRI只向我們展示了大腦的靜態(tài)圖像 -解剖圖像，而不是大腦的實際活動。想要獲得大腦活動的圖像，這就需要使用fMRI的技術(shù)了。

什么是fMRI(功能磁共振成像呢)呢？

如果一個人想移動他的右臂，則需要做一些事情：他的大腦的某些部分將增加其活動能力，發(fā)送消息以完成這個動作，而大腦的該區(qū)域?qū)邮盏奖纫郧吧晕⒍嗟母缓鯕獾难骸?/span>

對于fMRI而言，同樣的事情發(fā)生在MRI上-測量質(zhì)子弛豫釋放的能量 - 但計算的目的是確定含氧血流量的變化情況。

如果大腦的一個部位比其他部位有更多的含氧血液，那么大腦的這個區(qū)域可能更活躍。這被稱為血氧水平依賴性(也稱為Bloodoxygen level dependent, BOLD)。

這是我們在fMRI看到的數(shù)據(jù)，通?？梢栽贛RI圖像上看到。

fMRI的一個缺點是時間分辨率。由于血流變化需要幾秒鐘的時間，并且實際記錄受到計算因素的限制，因此數(shù)據(jù)收集速度變慢。

這通常意味著參與者會多次受到刺激，并且每次記錄他們的大腦反應(yīng)的不同時間點（例如，在第一次刺激開始時記錄反應(yīng)，在第二次刺激開始后10ms記錄反應(yīng)，等等）。

這可能會破壞記錄新反應(yīng)的準確性，但確實提供了全方位的大腦反應(yīng)。

它們是如何比較的?

正如我們在上面所介紹的，每種技術(shù)提供大腦成像信息的方式有幾個不同之處。

還需要考慮其他(比如成本)——MRI核磁共振成像機的成本比EEG(腦電圖成像機)要高得多(無論是購買還是維護)，而且所需的培訓水平也要高得多。

用MRI / fMRI進行現(xiàn)場工作也不會發(fā)生，因為它們不夠便攜。

用腦電圖進行實驗也不需要太多麻煩——有時只需戴上耳機，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量。自動計算的指標還可以通過腦電圖快速了解人類行為。

我們在下表中列出了每種方法的優(yōu)缺點。

什么是fNIRS(功能性近紅外光譜法)？

fNIRS是指將近紅外光譜法(NIRS)用于功能性神經(jīng)成像的目的。使用fNIRS，可通過與神經(jīng)元行為相關(guān)的血液動力學反應(yīng)來測量大腦活動。 它是一種使用光譜法測量大腦神經(jīng)活動水平的神經(jīng)成像方法。

fNIRS對大腦激活的血液動力學反應(yīng)敏感。該技術(shù)還具有區(qū)分氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白變化的能力。該設(shè)備已成功實現(xiàn)為BCI系統(tǒng)的控制信號。

功能性近紅外光譜技術(shù)是近年來新興的一種非侵入式腦功能成像技術(shù)。fNIRS進行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經(jīng)活動會導(dǎo)致局部的血液動力學變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對600-900nm不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，來實時、直接檢測大腦皮層的血液動力學活動。通過觀測這種血液動力學變化，即通過神經(jīng)血管耦合規(guī)律可以反推大腦的神經(jīng)活動情況。

例如，當讓受試者做右手手指運動任務(wù)時，其大腦皮層左側(cè)運動放電，消耗氧和能量。此時，腦部血供系統(tǒng)的過補償機制會向該局部大量輸入含有豐富氧合血紅蛋白的血液，從而導(dǎo)致該局部的氧合血紅蛋白濃度增加，脫氧血紅蛋白下降。fNIRS實驗中，實驗者讓被試按照一定實驗范式執(zhí)行任務(wù)，同時使用fNIRS觀測大腦不同位置的血紅蛋白度的濃度變化，如果找到了某一腦區(qū)，其血液動力學活動與該任務(wù)設(shè)計相關(guān)程度很高，即可推斷該腦區(qū)被實驗任務(wù)激活。

fNIRS是如何工作的？

它探測的主要生理參數(shù)：組織中吸收色團（如HbO2、Hb、totalHb等）的濃度變化。

通過放置在我們大腦頭上的光源和探測器進行局部血流信號的測量。

這通常意味著測量腦區(qū)的大小，取決于光源和探測器的排布以及設(shè)備的支持。fNIRS在這幾種技術(shù)中最大的優(yōu)勢在于其時間分辨率比fMRI技術(shù)快，空間分辨率比EEG技術(shù)大，還有更重要的特點在于其便攜性和偽影干擾小。

參考：

https:///blog/eeg-vs-mri-vs-fmri-differences/

腦人言