
腦電圖指南
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***免責聲明 - Emotiv 產品僅供研究應用與個人使用。我們的產品 並非作為醫療器材 銷售,如歐盟指令 93/42/EEC 所定義。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。
EEG 定義
EEG 是 “electroencephalography(腦電圖描記術)” 的縮寫,這是一種記錄大腦電活動的電生理過程。EEG 用來測量由大腦產生的電活動變化。電壓變化來自稱為神經元的腦細胞內部以及彼此之間的離子電流。
什麼是 EEG?
EEG 測試用來評估大腦的電活動。EEG 掃描是透過將 EEG 感測器——也就是小型金屬圓片,又稱 EEG 電極——放置在頭皮上進行。這些電極會接收並記錄你大腦中的電活動。收集到的 EEG 訊號會被放大、數位化,然後傳送到電腦或行動裝置進行儲存與資料處理。
分析 EEG 資料是研究認知過程的極佳方式。它可以幫助醫師建立醫療診斷、幫助研究人員理解支配人類行為的腦部過程,並幫助個人提升生產力與身心健康。

EEG 如何運作?
你大腦中的數十億個細胞會產生非常微弱的電訊號,形成稱為腦波的非線性模式。EEG 機器會在 EEG 測試期間測量大腦皮質——也就是大腦的外層——的電活動。EEG 感測器被放置在參與者的頭部,接著電極以非侵入方式偵測受試者的腦波。
EEG 感測器每秒可記錄多達數千個大腦電活動快照。記錄下來的腦波會傳送到放大器,接著再送到電腦或雲端處理資料。放大的訊號看起來像波浪線,可以記錄在電腦、行動裝置或雲端資料庫中。
雲端運算軟體被視為 EEG 資料處理中的關鍵創新,因為它可在大規模下即時分析記錄——在早期的 EEG 測量中,波形只是記錄在圖紙上。學術與商業研究中的 EEG 系統通常會將資料呈現為時間序列,或連續的電壓流。

記錄在圖紙上的 EEG 波形

數位記錄的 EEG 波形

現代大腦視覺化軟體中的 EEG 波形
為了描繪大腦的電活動,最好透過位於大腦表面各處的多個不同皮質結構訊號來取得 EEG 測量。

現代大腦視覺化時間序列圖中的 EEG 波形
EEG 所測量的腦波類型
EEG 裝置的電極會擷取以各種 EEG 頻率表現的電活動。使用一種稱為快速傅立葉轉換(FFT)的演算法,這些原始 EEG 訊號可被辨識為具有不同頻率的獨特波形。頻率是指電振盪的速度,以每秒週期數來衡量——1 赫茲(Hz)等於每秒一個週期。腦波依頻率分為四大類:Beta、Alpha、Theta 和 Delta。
以下段落將討論與四種主要腦波頻率相關的一些功能。這些功能只是被發現與不同腦波頻率相關——頻帶與特定腦功能之間並不存在一對一的線性對應。
Beta 波(頻率範圍約 14 Hz 至 30 Hz)
Beta 波最常與有意識、清醒、專注且警覺的狀態相關。低振幅的 Beta 波與主動專注、忙碌或焦慮的心理狀態相關。Beta 波也與動作決策(抑制動作與動作的感覺回饋)相關。當使用 EEG 裝置測量時,這些訊號通常被稱為 EEG beta waves。
Alpha 波(頻率範圍 7 Hz 至 13 Hz)
Alpha 波通常與放鬆、平靜且清明的心理狀態相關。Alpha 波可在大腦枕葉與後部區域找到。閉上眼睛並放鬆可誘發 Alpha 波,而在強烈的認知過程,如思考、心算與解題時,Alpha 波則很少出現。在大多數成人中,Alpha 波頻率介於 9 至 11 Hz。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG alpha waves。
Theta 波(頻率範圍 4 Hz 至 7 Hz)
介於 4 到 7 Hz 的腦活動稱為 Theta 活動。EEG 測量中偵測到的 Theta 節律通常出現在年輕成人身上,特別是在顳葉區域,以及過度換氣期間。在年長者中,振幅大於約 30 毫伏特(mV)的 theta 活動較少見,除了在嗜睡時例外。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG theta waves。
Delta 波(頻率範圍最高至 4 Hz)
Delta 活動主要見於嬰兒。Delta 波與年長受試者的深層睡眠階段相關。已記錄到無發作性發作患者在發作間期(between seizures)出現 Delta 波,這些患者會有短暫、突然的注意力中斷。
Delta 波的特徵是低頻(約 3 Hz)、高振幅波形。Delta 節律可在清醒時出現——它們會對睜眼有反應,且也可能因過度換氣而增強。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG delta waves。
運用 EEG 波形理解大腦如何運作

EEG 顯示了什麼?
即使在睡眠時,你的大腦也持續吸收並處理資訊。所有這些活動都會產生 EEG 感測器所擷取的電訊號。這使得大腦活動的變化得以被捕捉,即使沒有可見的行為反應,例如動作或臉部表情。
EEG 監測的是你大腦所產生的電活動變化,而不是想法或感受。它不會向你的大腦傳送任何電流。
偵測大腦主要皮質區的活動,對於取得高品質 EEG 資料至關重要。結果可作為評估受外界刺激影響之情緒狀態的參考指標。
EEG 的簡史
對大腦中電活動現象的研究早在 1875 年就已在動物上進行,當時醫師 Richard Caton 在《British Medical Journal》上發表了他對兔子與猴子的實驗結果。
1890 年,Adolf Beck 將電極直接放置在狗與兔子大腦表面,以測試感覺刺激。他觀察到大腦電活動的波動,促成了腦波的發現,也使 EEG 成為一門科學領域。
德國生理學家兼精神科醫師 Hans Berger 被認為在 1924 年首次記錄了人類的 EEG 腦波。Berger 發明了腦電圖儀(electroencephalogram),一種用來記錄 EEG 訊號的裝置。在他的書《The Origins of EEG》中,作者 David Millet 將這項發明描述為「臨床神經學史上最令人驚訝、最非凡且最重大的發展之一」。

Hans Berger 於 1924 年取得了第一份人類 EEG 記錄。上方訊號是 EEG,下方則是 10 Hz 時序訊號。

Hans Berger,第一位在人類身上記錄 EEG 腦波的人。
臨床腦電圖學領域始於 1935 年。它源自神經科學家 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 與 William Lennox 對癲癇樣尖波、發作間期尖波波形以及臨床失神性癲癇三個週期的研究。Gibbs 與科學家 Herbert Jasper 得出結論,發作間期尖波是癲癇的明確特徵。第一個 EEG 實驗室於 1936 年在麻薩諸塞總醫院成立。
1947 年,當時稱為 The American EEG Society、如今稱為 The American Clinical Neurophysiology Society 的組織成立,並舉行了第一屆國際 EEG 大會。
1950 年代,William Grey Walter 發展了 EEG 地形圖(EEG topography),作為 EEG 的補充,讓人們得以描繪大腦表面的電活動。這項技術在 1980 年代很受歡迎,但從未被主流神經學採納。
1988 年,Stevo Bozinovski、Liljana Bozinovska 與 Mihail Sestakov 成為首批使用 EEG 機器控制實體物體的科學家。2011 年,當科技創業者 Tan Le 與 Dr. Geoff Mackellar 創立 Emotiv 公司時,EEG 進入消費市場。
EEG 技術,如頭戴裝置與帽式裝置,都是 BCI(Brain-Computer Interface,腦機介面)的組成部分。BCI 也稱為 HMI(Human Machine Interface,人機介面)、MMI(Mind Machine Interface,意念機器介面)、BMI(Brain Machine Interface,腦機介面)以及 DNI(Direct Neural Interface,直接神經介面)——DNI 可解碼來自大腦及神經系統其他部分的訊號。BCI 旨在透過對受訓精神指令的機器學習,追蹤認知表現並控制虛擬與實體物體。
2017 年,四肢癱瘓賽車手 Rodrigo Hübner Mendes 成為史上第一位僅憑腦波駕駛 Formula 1 賽車的人,這要歸功於 Emotiv EEG 頭戴裝置。
EEG 用於什麼?
表現與健康
運動員、生物駭客以及任何感興趣的消費者都可以使用 EEG 來「追蹤」自己的大腦活動,就像他們追蹤一天走了多少步一樣。EEG 可以測量認知功能——例如注意力與分心、壓力與認知負荷(在任何時刻施加於工作記憶上的大腦總活動容量)——。這些發現能揭示大腦如何回應日常生活事件的寶貴洞見。EEG 資料提供回饋,可用來設計有科學依據的策略,以減輕壓力、提升專注或加強冥想。
消費者研究
EEG 資料可作為強大的 消費者洞察搜尋工具。大腦反應提供前所未有的消費者回饋——因為 EEG 被用來測量消費者實際注意的內容,與他們自我回報喜歡或注意到的內容之間的差距。將 EEG 與眼動追蹤、臉部表情分析與心率測量等其他生理感測器結合,可讓公司完整了解顧客行為。使用 EEG 等神經技術研究消費者反應稱為 神經行銷。
醫療保健
由於 EEG 測試會顯示受控程序中的大腦活動,因此結果可包含用於診斷各種腦部疾病的資訊。異常的 EEG 資料會透過不規則腦波呈現。異常 EEG 資料可顯示腦功能失調、頭部創傷、睡眠障礙、記憶問題、腦腫瘤、中風、失智症、癲癇等癲癇發作性疾病以及其他多種病症的徵兆。視預期診斷而定,醫師有時會將 EEG 與認知測試、大腦活動監測及 神經影像技術 結合。
發作診斷
對於出現癲癇發作活動的患者,通常會建議進行 EEG 測試。在這些情況下,醫師可能會進行 可攜式 EEG。可攜式 EEG 可連續記錄長達 72 小時,而傳統 EEG 持續 1 到 2 小時。患者可以戴著 EEG 頭戴裝置在自己家中自由活動。延長記錄時間可提高記錄到異常腦活動的機率。因此,可攜式 EEG 常用於診斷癲癇(EEG epilepsy)、癲癇發作性疾病或睡眠障礙。
睡眠障礙的睡眠研究
EEG 睡眠研究或「多導睡眠檢查」除了腦部掃描外,還會測量身體活動。EEG 技術人員在整夜程序中監測你的心率、呼吸與血液中的氧氣濃度。多導睡眠檢查主要用於醫學研究以及作為睡眠障礙的診斷測試。
定量神經科學
由於 EEG 測量的是大腦外層(大腦皮質)的電活動,因此它可以從你的頭皮偵測到腦波。透過將 EEG 腦部測試與其他腦部監測技術的資料結合,研究人員可以獲得對大腦及身體中複雜交互作用的新洞見。
這正是定量腦電圖(qEEG)所要達成的目標。定量 EEG 會像傳統 EEG 一樣記錄你的腦波。利用機器學習,qEEG 會將你的腦波與同一性別、同年齡層但沒有腦功能失調者的腦波進行比較。qEEG 流程透過定量比較,為你的大腦建立一張「地圖」。此過程在神經科學的子領域——計算神經科學——中很常見。
EEG 電極放置是成功進行 qEEG 的關鍵部分。傳統 EEG 導聯放置遵循 10-20 系統,這是一項國際公認的標準,用於將電極安裝於頭皮上。「10-20」是指 EEG 導聯之間的距離為顱骨總距離的 10% 或 20%。
裝置上的電極數量可以不同——有些 EEG 記錄系統可多達 256 個電極。qEEG 的記錄使用 19 感測器帽來從你頭皮的全部 19 個區域收集資料。由於 EEG 導聯會放大其放置位置的訊號,因此取得 qEEG 腦部地圖可在腦部層級辨識行為及/或認知層級所觀察到的功能失調原因。
學術研究
異常 EEG 結果並非 EEG 測試結果中唯一有價值的資訊。許多研究人員在研究中使用正常 EEG,包括 1957 年一項關於 REM 睡眠期間大腦活動的開創性研究。
如前文「EEG 所測量的腦波類型」所述,研究 EEG 記錄可以揭示腦訊號中包含的一系列頻率。這些頻率反映不同的注意與認知狀態。例如,研究人員在調查冥想期間的神經反應(EEG meditation)時,曾監測 gamma 頻帶活動(通常與有意識的注意力相關)。
Gamma 頻帶活動與巔峰的心理或身體表現有關。當受試者戴著 EEG 裝置進行深度冥想的實驗,引發了 gamma 波與有意識經驗或超越性的心理狀態相關的理論。然而,學術研究者對 gamma 頻帶活動究竟與哪些認知功能相關,尚未達成共識。
研究人員需要一種方法來處理與管理他們收集到的龐大腦資料——甚至與不同機構共享這些資料。「神經資訊學」是提供計算工具與數學模型以支援 神經科學資料 的研究領域。神經資訊學旨在建立組織資料庫、資料共享與資料建模的技術。由於「神經科學」的定義廣泛地包含對神經系統的科學研究,因此它涉及多樣化的資料。神經科學的子領域之一是認知心理學,它使用 EEG 等神經影像方法來分析大腦與神經系統的哪些部分支撐哪些認知過程。
市場研究:使用 EEG 頭戴裝置理解情緒與認知狀態

EEG 檢測流程
為 EEG 檢查做準備

以下關於 EEG 監測、判讀與結果的章節,包含針對在醫療環境中接受 EEG 檢測者的資訊。準備檢測的最佳方式,永遠是向檢測執行人員詢問具體的準備指示。準備指示會因使用情境而異——例如,用於消費者研究、學術研究或表現與健康的 EEG 記錄,可能要求受試者保持活動,而不是平躺。
像 Emotiv 這類公司已在 EEG 技術上開創多項進展,使檢測、處理與判讀更加快速便利。Emotiv 的行動式與無線 EEG 頭戴裝置可在不到五分鐘內完成設置,並讓參與者可自由移動,而不必被限制在測試場地。
在 EEG 測試前,請告知執行測試的專業人員——無論是醫師、雇主或研究人員——你平時服用的任何藥物。建議你在前一晚洗頭,並且不要使用任何產品。檢測前至少 8 小時內避免飲用或食用任何咖啡因。如果你在 EEG 程序中必須睡覺,可能會被指示在前一晚限制睡眠,以確保你的大腦在測試期間能正確放鬆。
EEG 監測
在 EEG 程序中,你不會感到疼痛或不適。在臨床 EEG 程序中,你會躺在床上或坐在可後仰的椅子上,並被指示閉上眼睛。EEG 技術人員會測量你的頭部,並標記導聯的貼附位置。
當測試開始時,電極會記錄你的腦波,並將活動傳送到記錄機器。EEG 機器接著會將資料轉換為波形以供判讀。記錄完成後,技術人員會將電極從你的頭皮上移除。
科學或臨床環境中的例行 EEG 測試通常需要 30 到 60 分鐘完成,其中包括約 20 分鐘的初始設置時間。針對消費者、個人表現與職場研究進行的 EEG 測試,可能會因測試目的而更短或更長。Emotiv 的無線 EEG 頭戴裝置可為這些使用情境提供更快的設置(不到五分鐘)。
程序後通常不需要恢復時間。如果你為了在測試期間睡覺而服用了會引起嗜睡的藥物,測試管理人員可能會建議你在場地內等待藥效消退,或請人開車送你回家。
EEG 測試的副作用很少見。電極本身不會產生任何感覺;它們只會記錄大腦活動。癲癇患者可能會因閃爍燈光等刺激而在程序中發作。EEG 測試中的癲癇發作不必害怕——它實際上可以幫助醫師診斷癲癇類型,並據此調整治療。
EEG 判讀與檢查結果
如果你因臨床原因被建議接受 EEG 檢測,你的檢測結果將由專精於神經系統的醫師判讀。神經科醫師會研究記錄中正常與異常的大腦模式。腦波模式因其波形特徵而非常容易辨識。例如,burst suppression pattern(爆發抑制模式)常見於昏迷或全身麻醉等腦部活動低下的患者,會呈現短暫尖峰(burst)與平坦時期(suppression)交替出現。
不同類型的癲癇具有不同的 EEG 模式。尖波-波形模式——一種廣泛、對稱的 EEG 模式——常見於失神性發作,患者會經歷短暫的意識喪失。部分局部性發作則只影響大腦某一區域,其特徵是在與該區域相關的 EEG 資料通道中出現低電壓、快速節律模式。
接著神經科醫師會將 EEG 測量結果送回開立檢查的醫師。你的醫師可能會安排一個門診,與你一起查看 EEG 影像並討論結果。視你的狀況而定,後續可能會建議你接受稱為 EEG 神經回饋或生理回饋的服務。例如,希望強化與專注相關腦波模式的人,可能會參與針對 ADHD 的神經回饋 治療。
生理回饋治療可幫助受試者控制非自主的身體過程。例如,經歷高血壓的人可以在接收皮膚電極資料的監視器上查看自己的身體測量值。監測這些活動有助於教導能緩解症狀的放鬆與心智練習。
同樣地,神經回饋依賴 EEG 來訓練大腦更有效地運作。在這項訓練中,患者會連接到 EEG 機器並即時觀看自己的大腦活動。這往往類似一種電子遊戲,患者用大腦「玩」遊戲來控制自己的腦活動。患者會嘗試改善與腦功能失調相關的腦頻率,就像運動員鍛鍊較弱的肌肉一樣。EEG 神經回饋常被建議用於癲癇、雙相情緒障礙、ADHD 與自閉症等狀況。雖然它可以幫助這些疾病,但不能治癒它們。
不同類型的 EEG 裝置
EEG 機器有幾種不同形式的 可穿戴 EEG 裝置。最高層次的區別,是臨床 EEG 裝置(用於醫療與科學研究環境)與消費者 EEG 裝置(用於消費者研究、學術研究以及表現與健康)。使用臨床裝置時,參與者在戴著裝置時無法移動,而且資料需要在受控且屏蔽的環境中收集,以避免訊號失真。像 Emotiv 無線頭戴裝置這樣的消費者 EEG 裝置,則讓使用者可在任何地方監測腦活動。
不同類型可穿戴 EEG 裝置之間的差異,是為了支援使用 EEG 系統的專業人員需求,以及資料收集的環境。例如,神經科醫師與神經科學家通常比消費者研究人員需要更高密度的感測器來進行資料分析。除了 EEG 電極放置之外,還有幾項值得注意的 EEG 系統差異需要考慮。
EEG 帽式裝置 VS. EEG 頭戴裝置
EEG 帽與 EEG 頭戴裝置有什麼差別?這兩種最常見可穿戴 EEG 裝置的主要差異在於電極數量。頭戴裝置通常有 5 到 20 個電極。帽式裝置可支援更多感測器,因為它們具有更大的電極放置面積。像 Emotiv EPOC Flex 這類 EEG 帽,提供可移動感測器以便靈活定位。Emotiv Insight 與 EPOC X 頭戴裝置中的感測器配置則是固定的。

EPOC Flex
凝膠或生理食鹽水感測器

EPOC+ 與 EPOC X
生理食鹽水感測器
濕式 VS. 乾式 EEG 電極
EEG 裝置主要使用濕式或乾式電極。還有一種新開發的電極形式稱為「紋身電極」,這是一種像臨時刺青一樣貼上的印刷式電極。濕式電極因使用黏著凝膠以更好地與頭皮接觸,因此能提供較佳的資料準確度。濕式電極主要用於臨床與研究環境。乾式電極不需要黏著凝膠。具有乾式電極的 EEG 裝置常用於消費者 EEG 研究,因為它們可縮短設置時間。研究人員一直在比較濕式與乾式 EEG 電極的優缺點。
有線 VS. 無線 EEG 裝置
在 EEG 的早期,患者必須在臨床環境中連接到 EEG 機器。現在,無線 EEG 測試已成為可能,因為 EEG 訊號可以數位化並傳送到記錄裝置,如智慧型手機、電腦或雲端。可使用可攜式 EEG 在各種環境中進行測試。你可以進行一項實驗,讓受試者戴著 無線 EEG 頭戴裝置 在公園中行走,而受試者的移動只會受到資料傳輸範圍的限制。如果你需要控制測試環境以施加閃爍燈光等刺激,可以選擇臨床環境——在那種情況下,使用有線 EEG 機器沒有任何限制。

有線 EEG 頭戴裝置
纜線連接

無線 Emotiv EEG 頭戴裝置
藍牙無線技術
EEG 測量 vs. 其他腦部測量技術
EEG 測量的優勢在於,它是我們目前可用的、對大腦活動最不具侵入性的測量方式,並在相關認知過程中提供大量定量資訊。其他研究大腦功能的方法包括:
功能性磁振造影(fMRI)
磁腦波描記法(MEG)
核磁共振頻譜(NMR 或 MRS)
電皮質圖
單光子放射電腦斷層掃描(SPECT)
正子放射斷層掃描(PET)
近紅外光譜(NIRS)
事件相關光學訊號(EROS)
EEG 的優勢
儘管 EEG 的空間敏感度相對較低,它仍較前述某些腦部影像與腦科學研究技術具有多項優勢:
與 fMRI 相比,EEG 具有非常高的時間解析度。它可以捕捉以毫秒速度發生的大腦快速反應,從而準確同步大腦中與環境中發生的事情。臨床與研究環境中的 EEG 記錄取樣率介於 250 到 2000 Hz。若有需要,更現代的 EEG 資料收集系統可在超過 20,000 Hz 的取樣率下記錄。
硬體成本與總持有成本(TCO)顯著較低。
EEG 資料的收集是非侵入性的,不像電皮質圖需要進行神經外科手術才能將電極直接放置在大腦表面。
行動式 EEG 感測器可在比 fMRI、SPECT、PET、MRS 或 MEG 更多的地方使用,因為這些技術依賴沉重、昂貴且無法移動的設備。
EEG 是無聲的,因此可用於研究對聽覺刺激的反應。
與 fMRI 和 MRI 相比,EEG 機器周圍沒有身體安全風險。fMRI 和 MRI 都是強力磁體,因此裝有心律調節器等金屬設備的患者無法使用。
fMRI、PET、MRS 與 SPECT 可能加劇幽閉恐懼,進而影響測試結果。EEG 不會引發幽閉恐懼,因為受試者不會被限制在狹小空間內。
消費者 EEG 掃描允許在測試期間有更多受試者移動,這與大多數其他神經影像技術不同。
EEG 不涉及暴露於放射配體,不像正子射出斷層掃描;也不涉及像 MRI 或 fMRI 那樣的高強度磁場。
EEG 不涉及暴露於高強度(>1 特斯拉)磁場。
與行為測試方法相比,EEG 能偵測隱性處理(不需要反應的處理)。這項技術也用於無法做出動作反應的受試者。
EEG 對消費者使用而言門檻低,因此是追蹤與記錄日常生活不同活動中大腦活動的強大工具,幾乎具有無限多的應用。
EEG 睡眠分析可指出大腦發育時間上的重要面向,包括評估青少年大腦成熟度。
相較於 fMRI 中使用的 BOLD(血氧濃度依賴)影像,對 EEG 所測得訊號究竟是什麼有更清楚的理解。
EEG 遊戲
EEG 技術已被調整用於遊戲世界,兼具醫療與娛樂用途。公司正在使用 EEG 提供在 VR、AR 與 BCI 中與電子遊戲互動的方式。EEG 機器偵測訊號,而軟體中的演算法會解讀你的腦波,以控制螢幕上的虛擬角色。
Emotiv 的 EPOC 頭戴裝置是第一個高保真腦機介面(BCI),能夠監測並解讀有意識與無意識的想法和情緒。這個 BCI 可透過機器學習偵測 30 種不同表情、情緒與動作的複雜腦波。機器學習演算法已經過訓練,能辨識參與者處理各種表情、情緒與動作時所出現的腦部模式。
當演算法在資料集中偵測到某種 EEG 腦波時,BCI 就能將該模式與實體或數位指令聯繫起來。例如,想到像 “push!” 這樣的觸發詞,就會讓你的虛擬角色把某個物件推離路徑。
TechCrunch TV:使用 EEG 的意念控制裝置及更多內容
EEG 使用情境
EEG 測量有許多現代應用。幾個值得注意的 EEG 使用情境包括:
神經科學
大腦教育計畫
神經行銷
睡眠研究
腦機介面(BCI)
認知表現
自我量化
情緒狀態
ADHD 治療
神經系統疾病
腦波同步
認知行為治療
神經資訊學
腦波遊戲
AR & VR 輔助
吞嚥困難與失智症
中風復健
工作記憶測試(N-back)
注意:這只是關於 EEG 的一般資訊。Emotiv 產品僅供研究用途與個人使用。我們的產品並非依據歐盟指令 93/42/EEC 所定義的醫療器材銷售。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。
***免責聲明 - Emotiv 產品僅供研究應用與個人使用。我們的產品 並非作為醫療器材 銷售,如歐盟指令 93/42/EEC 所定義。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。
EEG 定義
EEG 是 “electroencephalography(腦電圖描記術)” 的縮寫,這是一種記錄大腦電活動的電生理過程。EEG 用來測量由大腦產生的電活動變化。電壓變化來自稱為神經元的腦細胞內部以及彼此之間的離子電流。
什麼是 EEG?
EEG 測試用來評估大腦的電活動。EEG 掃描是透過將 EEG 感測器——也就是小型金屬圓片,又稱 EEG 電極——放置在頭皮上進行。這些電極會接收並記錄你大腦中的電活動。收集到的 EEG 訊號會被放大、數位化,然後傳送到電腦或行動裝置進行儲存與資料處理。
分析 EEG 資料是研究認知過程的極佳方式。它可以幫助醫師建立醫療診斷、幫助研究人員理解支配人類行為的腦部過程,並幫助個人提升生產力與身心健康。

EEG 如何運作?
你大腦中的數十億個細胞會產生非常微弱的電訊號,形成稱為腦波的非線性模式。EEG 機器會在 EEG 測試期間測量大腦皮質——也就是大腦的外層——的電活動。EEG 感測器被放置在參與者的頭部,接著電極以非侵入方式偵測受試者的腦波。
EEG 感測器每秒可記錄多達數千個大腦電活動快照。記錄下來的腦波會傳送到放大器,接著再送到電腦或雲端處理資料。放大的訊號看起來像波浪線,可以記錄在電腦、行動裝置或雲端資料庫中。
雲端運算軟體被視為 EEG 資料處理中的關鍵創新,因為它可在大規模下即時分析記錄——在早期的 EEG 測量中,波形只是記錄在圖紙上。學術與商業研究中的 EEG 系統通常會將資料呈現為時間序列,或連續的電壓流。

記錄在圖紙上的 EEG 波形

數位記錄的 EEG 波形

現代大腦視覺化軟體中的 EEG 波形
為了描繪大腦的電活動,最好透過位於大腦表面各處的多個不同皮質結構訊號來取得 EEG 測量。

現代大腦視覺化時間序列圖中的 EEG 波形
EEG 所測量的腦波類型
EEG 裝置的電極會擷取以各種 EEG 頻率表現的電活動。使用一種稱為快速傅立葉轉換(FFT)的演算法,這些原始 EEG 訊號可被辨識為具有不同頻率的獨特波形。頻率是指電振盪的速度,以每秒週期數來衡量——1 赫茲(Hz)等於每秒一個週期。腦波依頻率分為四大類:Beta、Alpha、Theta 和 Delta。
以下段落將討論與四種主要腦波頻率相關的一些功能。這些功能只是被發現與不同腦波頻率相關——頻帶與特定腦功能之間並不存在一對一的線性對應。
Beta 波(頻率範圍約 14 Hz 至 30 Hz)
Beta 波最常與有意識、清醒、專注且警覺的狀態相關。低振幅的 Beta 波與主動專注、忙碌或焦慮的心理狀態相關。Beta 波也與動作決策(抑制動作與動作的感覺回饋)相關。當使用 EEG 裝置測量時,這些訊號通常被稱為 EEG beta waves。
Alpha 波(頻率範圍 7 Hz 至 13 Hz)
Alpha 波通常與放鬆、平靜且清明的心理狀態相關。Alpha 波可在大腦枕葉與後部區域找到。閉上眼睛並放鬆可誘發 Alpha 波,而在強烈的認知過程,如思考、心算與解題時,Alpha 波則很少出現。在大多數成人中,Alpha 波頻率介於 9 至 11 Hz。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG alpha waves。
Theta 波(頻率範圍 4 Hz 至 7 Hz)
介於 4 到 7 Hz 的腦活動稱為 Theta 活動。EEG 測量中偵測到的 Theta 節律通常出現在年輕成人身上,特別是在顳葉區域,以及過度換氣期間。在年長者中,振幅大於約 30 毫伏特(mV)的 theta 活動較少見,除了在嗜睡時例外。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG theta waves。
Delta 波(頻率範圍最高至 4 Hz)
Delta 活動主要見於嬰兒。Delta 波與年長受試者的深層睡眠階段相關。已記錄到無發作性發作患者在發作間期(between seizures)出現 Delta 波,這些患者會有短暫、突然的注意力中斷。
Delta 波的特徵是低頻(約 3 Hz)、高振幅波形。Delta 節律可在清醒時出現——它們會對睜眼有反應,且也可能因過度換氣而增強。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG delta waves。
運用 EEG 波形理解大腦如何運作

EEG 顯示了什麼?
即使在睡眠時,你的大腦也持續吸收並處理資訊。所有這些活動都會產生 EEG 感測器所擷取的電訊號。這使得大腦活動的變化得以被捕捉,即使沒有可見的行為反應,例如動作或臉部表情。
EEG 監測的是你大腦所產生的電活動變化,而不是想法或感受。它不會向你的大腦傳送任何電流。
偵測大腦主要皮質區的活動,對於取得高品質 EEG 資料至關重要。結果可作為評估受外界刺激影響之情緒狀態的參考指標。
EEG 的簡史
對大腦中電活動現象的研究早在 1875 年就已在動物上進行,當時醫師 Richard Caton 在《British Medical Journal》上發表了他對兔子與猴子的實驗結果。
1890 年,Adolf Beck 將電極直接放置在狗與兔子大腦表面,以測試感覺刺激。他觀察到大腦電活動的波動,促成了腦波的發現,也使 EEG 成為一門科學領域。
德國生理學家兼精神科醫師 Hans Berger 被認為在 1924 年首次記錄了人類的 EEG 腦波。Berger 發明了腦電圖儀(electroencephalogram),一種用來記錄 EEG 訊號的裝置。在他的書《The Origins of EEG》中,作者 David Millet 將這項發明描述為「臨床神經學史上最令人驚訝、最非凡且最重大的發展之一」。

Hans Berger 於 1924 年取得了第一份人類 EEG 記錄。上方訊號是 EEG,下方則是 10 Hz 時序訊號。

Hans Berger,第一位在人類身上記錄 EEG 腦波的人。
臨床腦電圖學領域始於 1935 年。它源自神經科學家 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 與 William Lennox 對癲癇樣尖波、發作間期尖波波形以及臨床失神性癲癇三個週期的研究。Gibbs 與科學家 Herbert Jasper 得出結論,發作間期尖波是癲癇的明確特徵。第一個 EEG 實驗室於 1936 年在麻薩諸塞總醫院成立。
1947 年,當時稱為 The American EEG Society、如今稱為 The American Clinical Neurophysiology Society 的組織成立,並舉行了第一屆國際 EEG 大會。
1950 年代,William Grey Walter 發展了 EEG 地形圖(EEG topography),作為 EEG 的補充,讓人們得以描繪大腦表面的電活動。這項技術在 1980 年代很受歡迎,但從未被主流神經學採納。
1988 年,Stevo Bozinovski、Liljana Bozinovska 與 Mihail Sestakov 成為首批使用 EEG 機器控制實體物體的科學家。2011 年,當科技創業者 Tan Le 與 Dr. Geoff Mackellar 創立 Emotiv 公司時,EEG 進入消費市場。
EEG 技術,如頭戴裝置與帽式裝置,都是 BCI(Brain-Computer Interface,腦機介面)的組成部分。BCI 也稱為 HMI(Human Machine Interface,人機介面)、MMI(Mind Machine Interface,意念機器介面)、BMI(Brain Machine Interface,腦機介面)以及 DNI(Direct Neural Interface,直接神經介面)——DNI 可解碼來自大腦及神經系統其他部分的訊號。BCI 旨在透過對受訓精神指令的機器學習,追蹤認知表現並控制虛擬與實體物體。
2017 年,四肢癱瘓賽車手 Rodrigo Hübner Mendes 成為史上第一位僅憑腦波駕駛 Formula 1 賽車的人,這要歸功於 Emotiv EEG 頭戴裝置。
EEG 用於什麼?
表現與健康
運動員、生物駭客以及任何感興趣的消費者都可以使用 EEG 來「追蹤」自己的大腦活動,就像他們追蹤一天走了多少步一樣。EEG 可以測量認知功能——例如注意力與分心、壓力與認知負荷(在任何時刻施加於工作記憶上的大腦總活動容量)——。這些發現能揭示大腦如何回應日常生活事件的寶貴洞見。EEG 資料提供回饋,可用來設計有科學依據的策略,以減輕壓力、提升專注或加強冥想。
消費者研究
EEG 資料可作為強大的 消費者洞察搜尋工具。大腦反應提供前所未有的消費者回饋——因為 EEG 被用來測量消費者實際注意的內容,與他們自我回報喜歡或注意到的內容之間的差距。將 EEG 與眼動追蹤、臉部表情分析與心率測量等其他生理感測器結合,可讓公司完整了解顧客行為。使用 EEG 等神經技術研究消費者反應稱為 神經行銷。
醫療保健
由於 EEG 測試會顯示受控程序中的大腦活動,因此結果可包含用於診斷各種腦部疾病的資訊。異常的 EEG 資料會透過不規則腦波呈現。異常 EEG 資料可顯示腦功能失調、頭部創傷、睡眠障礙、記憶問題、腦腫瘤、中風、失智症、癲癇等癲癇發作性疾病以及其他多種病症的徵兆。視預期診斷而定,醫師有時會將 EEG 與認知測試、大腦活動監測及 神經影像技術 結合。
發作診斷
對於出現癲癇發作活動的患者,通常會建議進行 EEG 測試。在這些情況下,醫師可能會進行 可攜式 EEG。可攜式 EEG 可連續記錄長達 72 小時,而傳統 EEG 持續 1 到 2 小時。患者可以戴著 EEG 頭戴裝置在自己家中自由活動。延長記錄時間可提高記錄到異常腦活動的機率。因此,可攜式 EEG 常用於診斷癲癇(EEG epilepsy)、癲癇發作性疾病或睡眠障礙。
睡眠障礙的睡眠研究
EEG 睡眠研究或「多導睡眠檢查」除了腦部掃描外,還會測量身體活動。EEG 技術人員在整夜程序中監測你的心率、呼吸與血液中的氧氣濃度。多導睡眠檢查主要用於醫學研究以及作為睡眠障礙的診斷測試。
定量神經科學
由於 EEG 測量的是大腦外層(大腦皮質)的電活動,因此它可以從你的頭皮偵測到腦波。透過將 EEG 腦部測試與其他腦部監測技術的資料結合,研究人員可以獲得對大腦及身體中複雜交互作用的新洞見。
這正是定量腦電圖(qEEG)所要達成的目標。定量 EEG 會像傳統 EEG 一樣記錄你的腦波。利用機器學習,qEEG 會將你的腦波與同一性別、同年齡層但沒有腦功能失調者的腦波進行比較。qEEG 流程透過定量比較,為你的大腦建立一張「地圖」。此過程在神經科學的子領域——計算神經科學——中很常見。
EEG 電極放置是成功進行 qEEG 的關鍵部分。傳統 EEG 導聯放置遵循 10-20 系統,這是一項國際公認的標準,用於將電極安裝於頭皮上。「10-20」是指 EEG 導聯之間的距離為顱骨總距離的 10% 或 20%。
裝置上的電極數量可以不同——有些 EEG 記錄系統可多達 256 個電極。qEEG 的記錄使用 19 感測器帽來從你頭皮的全部 19 個區域收集資料。由於 EEG 導聯會放大其放置位置的訊號,因此取得 qEEG 腦部地圖可在腦部層級辨識行為及/或認知層級所觀察到的功能失調原因。
學術研究
異常 EEG 結果並非 EEG 測試結果中唯一有價值的資訊。許多研究人員在研究中使用正常 EEG,包括 1957 年一項關於 REM 睡眠期間大腦活動的開創性研究。
如前文「EEG 所測量的腦波類型」所述,研究 EEG 記錄可以揭示腦訊號中包含的一系列頻率。這些頻率反映不同的注意與認知狀態。例如,研究人員在調查冥想期間的神經反應(EEG meditation)時,曾監測 gamma 頻帶活動(通常與有意識的注意力相關)。
Gamma 頻帶活動與巔峰的心理或身體表現有關。當受試者戴著 EEG 裝置進行深度冥想的實驗,引發了 gamma 波與有意識經驗或超越性的心理狀態相關的理論。然而,學術研究者對 gamma 頻帶活動究竟與哪些認知功能相關,尚未達成共識。
研究人員需要一種方法來處理與管理他們收集到的龐大腦資料——甚至與不同機構共享這些資料。「神經資訊學」是提供計算工具與數學模型以支援 神經科學資料 的研究領域。神經資訊學旨在建立組織資料庫、資料共享與資料建模的技術。由於「神經科學」的定義廣泛地包含對神經系統的科學研究,因此它涉及多樣化的資料。神經科學的子領域之一是認知心理學,它使用 EEG 等神經影像方法來分析大腦與神經系統的哪些部分支撐哪些認知過程。
市場研究:使用 EEG 頭戴裝置理解情緒與認知狀態

EEG 檢測流程
為 EEG 檢查做準備

以下關於 EEG 監測、判讀與結果的章節,包含針對在醫療環境中接受 EEG 檢測者的資訊。準備檢測的最佳方式,永遠是向檢測執行人員詢問具體的準備指示。準備指示會因使用情境而異——例如,用於消費者研究、學術研究或表現與健康的 EEG 記錄,可能要求受試者保持活動,而不是平躺。
像 Emotiv 這類公司已在 EEG 技術上開創多項進展,使檢測、處理與判讀更加快速便利。Emotiv 的行動式與無線 EEG 頭戴裝置可在不到五分鐘內完成設置,並讓參與者可自由移動,而不必被限制在測試場地。
在 EEG 測試前,請告知執行測試的專業人員——無論是醫師、雇主或研究人員——你平時服用的任何藥物。建議你在前一晚洗頭,並且不要使用任何產品。檢測前至少 8 小時內避免飲用或食用任何咖啡因。如果你在 EEG 程序中必須睡覺,可能會被指示在前一晚限制睡眠,以確保你的大腦在測試期間能正確放鬆。
EEG 監測
在 EEG 程序中,你不會感到疼痛或不適。在臨床 EEG 程序中,你會躺在床上或坐在可後仰的椅子上,並被指示閉上眼睛。EEG 技術人員會測量你的頭部,並標記導聯的貼附位置。
當測試開始時,電極會記錄你的腦波,並將活動傳送到記錄機器。EEG 機器接著會將資料轉換為波形以供判讀。記錄完成後,技術人員會將電極從你的頭皮上移除。
科學或臨床環境中的例行 EEG 測試通常需要 30 到 60 分鐘完成,其中包括約 20 分鐘的初始設置時間。針對消費者、個人表現與職場研究進行的 EEG 測試,可能會因測試目的而更短或更長。Emotiv 的無線 EEG 頭戴裝置可為這些使用情境提供更快的設置(不到五分鐘)。
程序後通常不需要恢復時間。如果你為了在測試期間睡覺而服用了會引起嗜睡的藥物,測試管理人員可能會建議你在場地內等待藥效消退,或請人開車送你回家。
EEG 測試的副作用很少見。電極本身不會產生任何感覺;它們只會記錄大腦活動。癲癇患者可能會因閃爍燈光等刺激而在程序中發作。EEG 測試中的癲癇發作不必害怕——它實際上可以幫助醫師診斷癲癇類型,並據此調整治療。
EEG 判讀與檢查結果
如果你因臨床原因被建議接受 EEG 檢測,你的檢測結果將由專精於神經系統的醫師判讀。神經科醫師會研究記錄中正常與異常的大腦模式。腦波模式因其波形特徵而非常容易辨識。例如,burst suppression pattern(爆發抑制模式)常見於昏迷或全身麻醉等腦部活動低下的患者,會呈現短暫尖峰(burst)與平坦時期(suppression)交替出現。
不同類型的癲癇具有不同的 EEG 模式。尖波-波形模式——一種廣泛、對稱的 EEG 模式——常見於失神性發作,患者會經歷短暫的意識喪失。部分局部性發作則只影響大腦某一區域,其特徵是在與該區域相關的 EEG 資料通道中出現低電壓、快速節律模式。
接著神經科醫師會將 EEG 測量結果送回開立檢查的醫師。你的醫師可能會安排一個門診,與你一起查看 EEG 影像並討論結果。視你的狀況而定,後續可能會建議你接受稱為 EEG 神經回饋或生理回饋的服務。例如,希望強化與專注相關腦波模式的人,可能會參與針對 ADHD 的神經回饋 治療。
生理回饋治療可幫助受試者控制非自主的身體過程。例如,經歷高血壓的人可以在接收皮膚電極資料的監視器上查看自己的身體測量值。監測這些活動有助於教導能緩解症狀的放鬆與心智練習。
同樣地,神經回饋依賴 EEG 來訓練大腦更有效地運作。在這項訓練中,患者會連接到 EEG 機器並即時觀看自己的大腦活動。這往往類似一種電子遊戲,患者用大腦「玩」遊戲來控制自己的腦活動。患者會嘗試改善與腦功能失調相關的腦頻率,就像運動員鍛鍊較弱的肌肉一樣。EEG 神經回饋常被建議用於癲癇、雙相情緒障礙、ADHD 與自閉症等狀況。雖然它可以幫助這些疾病,但不能治癒它們。
不同類型的 EEG 裝置
EEG 機器有幾種不同形式的 可穿戴 EEG 裝置。最高層次的區別,是臨床 EEG 裝置(用於醫療與科學研究環境)與消費者 EEG 裝置(用於消費者研究、學術研究以及表現與健康)。使用臨床裝置時,參與者在戴著裝置時無法移動,而且資料需要在受控且屏蔽的環境中收集,以避免訊號失真。像 Emotiv 無線頭戴裝置這樣的消費者 EEG 裝置,則讓使用者可在任何地方監測腦活動。
不同類型可穿戴 EEG 裝置之間的差異,是為了支援使用 EEG 系統的專業人員需求,以及資料收集的環境。例如,神經科醫師與神經科學家通常比消費者研究人員需要更高密度的感測器來進行資料分析。除了 EEG 電極放置之外,還有幾項值得注意的 EEG 系統差異需要考慮。
EEG 帽式裝置 VS. EEG 頭戴裝置
EEG 帽與 EEG 頭戴裝置有什麼差別?這兩種最常見可穿戴 EEG 裝置的主要差異在於電極數量。頭戴裝置通常有 5 到 20 個電極。帽式裝置可支援更多感測器,因為它們具有更大的電極放置面積。像 Emotiv EPOC Flex 這類 EEG 帽,提供可移動感測器以便靈活定位。Emotiv Insight 與 EPOC X 頭戴裝置中的感測器配置則是固定的。

EPOC Flex
凝膠或生理食鹽水感測器

EPOC+ 與 EPOC X
生理食鹽水感測器
濕式 VS. 乾式 EEG 電極
EEG 裝置主要使用濕式或乾式電極。還有一種新開發的電極形式稱為「紋身電極」,這是一種像臨時刺青一樣貼上的印刷式電極。濕式電極因使用黏著凝膠以更好地與頭皮接觸,因此能提供較佳的資料準確度。濕式電極主要用於臨床與研究環境。乾式電極不需要黏著凝膠。具有乾式電極的 EEG 裝置常用於消費者 EEG 研究,因為它們可縮短設置時間。研究人員一直在比較濕式與乾式 EEG 電極的優缺點。
有線 VS. 無線 EEG 裝置
在 EEG 的早期,患者必須在臨床環境中連接到 EEG 機器。現在,無線 EEG 測試已成為可能,因為 EEG 訊號可以數位化並傳送到記錄裝置,如智慧型手機、電腦或雲端。可使用可攜式 EEG 在各種環境中進行測試。你可以進行一項實驗,讓受試者戴著 無線 EEG 頭戴裝置 在公園中行走,而受試者的移動只會受到資料傳輸範圍的限制。如果你需要控制測試環境以施加閃爍燈光等刺激,可以選擇臨床環境——在那種情況下,使用有線 EEG 機器沒有任何限制。

有線 EEG 頭戴裝置
纜線連接

無線 Emotiv EEG 頭戴裝置
藍牙無線技術
EEG 測量 vs. 其他腦部測量技術
EEG 測量的優勢在於,它是我們目前可用的、對大腦活動最不具侵入性的測量方式,並在相關認知過程中提供大量定量資訊。其他研究大腦功能的方法包括:
功能性磁振造影(fMRI)
磁腦波描記法(MEG)
核磁共振頻譜(NMR 或 MRS)
電皮質圖
單光子放射電腦斷層掃描(SPECT)
正子放射斷層掃描(PET)
近紅外光譜(NIRS)
事件相關光學訊號(EROS)
EEG 的優勢
儘管 EEG 的空間敏感度相對較低,它仍較前述某些腦部影像與腦科學研究技術具有多項優勢:
與 fMRI 相比,EEG 具有非常高的時間解析度。它可以捕捉以毫秒速度發生的大腦快速反應,從而準確同步大腦中與環境中發生的事情。臨床與研究環境中的 EEG 記錄取樣率介於 250 到 2000 Hz。若有需要,更現代的 EEG 資料收集系統可在超過 20,000 Hz 的取樣率下記錄。
硬體成本與總持有成本(TCO)顯著較低。
EEG 資料的收集是非侵入性的,不像電皮質圖需要進行神經外科手術才能將電極直接放置在大腦表面。
行動式 EEG 感測器可在比 fMRI、SPECT、PET、MRS 或 MEG 更多的地方使用,因為這些技術依賴沉重、昂貴且無法移動的設備。
EEG 是無聲的,因此可用於研究對聽覺刺激的反應。
與 fMRI 和 MRI 相比,EEG 機器周圍沒有身體安全風險。fMRI 和 MRI 都是強力磁體,因此裝有心律調節器等金屬設備的患者無法使用。
fMRI、PET、MRS 與 SPECT 可能加劇幽閉恐懼,進而影響測試結果。EEG 不會引發幽閉恐懼,因為受試者不會被限制在狹小空間內。
消費者 EEG 掃描允許在測試期間有更多受試者移動,這與大多數其他神經影像技術不同。
EEG 不涉及暴露於放射配體,不像正子射出斷層掃描;也不涉及像 MRI 或 fMRI 那樣的高強度磁場。
EEG 不涉及暴露於高強度(>1 特斯拉)磁場。
與行為測試方法相比,EEG 能偵測隱性處理(不需要反應的處理)。這項技術也用於無法做出動作反應的受試者。
EEG 對消費者使用而言門檻低,因此是追蹤與記錄日常生活不同活動中大腦活動的強大工具,幾乎具有無限多的應用。
EEG 睡眠分析可指出大腦發育時間上的重要面向,包括評估青少年大腦成熟度。
相較於 fMRI 中使用的 BOLD(血氧濃度依賴)影像,對 EEG 所測得訊號究竟是什麼有更清楚的理解。
EEG 遊戲
EEG 技術已被調整用於遊戲世界,兼具醫療與娛樂用途。公司正在使用 EEG 提供在 VR、AR 與 BCI 中與電子遊戲互動的方式。EEG 機器偵測訊號,而軟體中的演算法會解讀你的腦波,以控制螢幕上的虛擬角色。
Emotiv 的 EPOC 頭戴裝置是第一個高保真腦機介面(BCI),能夠監測並解讀有意識與無意識的想法和情緒。這個 BCI 可透過機器學習偵測 30 種不同表情、情緒與動作的複雜腦波。機器學習演算法已經過訓練,能辨識參與者處理各種表情、情緒與動作時所出現的腦部模式。
當演算法在資料集中偵測到某種 EEG 腦波時,BCI 就能將該模式與實體或數位指令聯繫起來。例如,想到像 “push!” 這樣的觸發詞,就會讓你的虛擬角色把某個物件推離路徑。
TechCrunch TV:使用 EEG 的意念控制裝置及更多內容
EEG 使用情境
EEG 測量有許多現代應用。幾個值得注意的 EEG 使用情境包括:
神經科學
大腦教育計畫
神經行銷
睡眠研究
腦機介面(BCI)
認知表現
自我量化
情緒狀態
ADHD 治療
神經系統疾病
腦波同步
認知行為治療
神經資訊學
腦波遊戲
AR & VR 輔助
吞嚥困難與失智症
中風復健
工作記憶測試(N-back)
注意:這只是關於 EEG 的一般資訊。Emotiv 產品僅供研究用途與個人使用。我們的產品並非依據歐盟指令 93/42/EEC 所定義的醫療器材銷售。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。
***免責聲明 - Emotiv 產品僅供研究應用與個人使用。我們的產品 並非作為醫療器材 銷售,如歐盟指令 93/42/EEC 所定義。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。
EEG 定義
EEG 是 “electroencephalography(腦電圖描記術)” 的縮寫,這是一種記錄大腦電活動的電生理過程。EEG 用來測量由大腦產生的電活動變化。電壓變化來自稱為神經元的腦細胞內部以及彼此之間的離子電流。
什麼是 EEG?
EEG 測試用來評估大腦的電活動。EEG 掃描是透過將 EEG 感測器——也就是小型金屬圓片,又稱 EEG 電極——放置在頭皮上進行。這些電極會接收並記錄你大腦中的電活動。收集到的 EEG 訊號會被放大、數位化,然後傳送到電腦或行動裝置進行儲存與資料處理。
分析 EEG 資料是研究認知過程的極佳方式。它可以幫助醫師建立醫療診斷、幫助研究人員理解支配人類行為的腦部過程,並幫助個人提升生產力與身心健康。

EEG 如何運作?
你大腦中的數十億個細胞會產生非常微弱的電訊號,形成稱為腦波的非線性模式。EEG 機器會在 EEG 測試期間測量大腦皮質——也就是大腦的外層——的電活動。EEG 感測器被放置在參與者的頭部,接著電極以非侵入方式偵測受試者的腦波。
EEG 感測器每秒可記錄多達數千個大腦電活動快照。記錄下來的腦波會傳送到放大器,接著再送到電腦或雲端處理資料。放大的訊號看起來像波浪線,可以記錄在電腦、行動裝置或雲端資料庫中。
雲端運算軟體被視為 EEG 資料處理中的關鍵創新,因為它可在大規模下即時分析記錄——在早期的 EEG 測量中,波形只是記錄在圖紙上。學術與商業研究中的 EEG 系統通常會將資料呈現為時間序列,或連續的電壓流。

記錄在圖紙上的 EEG 波形

數位記錄的 EEG 波形

現代大腦視覺化軟體中的 EEG 波形
為了描繪大腦的電活動,最好透過位於大腦表面各處的多個不同皮質結構訊號來取得 EEG 測量。

現代大腦視覺化時間序列圖中的 EEG 波形
EEG 所測量的腦波類型
EEG 裝置的電極會擷取以各種 EEG 頻率表現的電活動。使用一種稱為快速傅立葉轉換(FFT)的演算法,這些原始 EEG 訊號可被辨識為具有不同頻率的獨特波形。頻率是指電振盪的速度,以每秒週期數來衡量——1 赫茲(Hz)等於每秒一個週期。腦波依頻率分為四大類:Beta、Alpha、Theta 和 Delta。
以下段落將討論與四種主要腦波頻率相關的一些功能。這些功能只是被發現與不同腦波頻率相關——頻帶與特定腦功能之間並不存在一對一的線性對應。
Beta 波(頻率範圍約 14 Hz 至 30 Hz)
Beta 波最常與有意識、清醒、專注且警覺的狀態相關。低振幅的 Beta 波與主動專注、忙碌或焦慮的心理狀態相關。Beta 波也與動作決策(抑制動作與動作的感覺回饋)相關。當使用 EEG 裝置測量時,這些訊號通常被稱為 EEG beta waves。
Alpha 波(頻率範圍 7 Hz 至 13 Hz)
Alpha 波通常與放鬆、平靜且清明的心理狀態相關。Alpha 波可在大腦枕葉與後部區域找到。閉上眼睛並放鬆可誘發 Alpha 波,而在強烈的認知過程,如思考、心算與解題時,Alpha 波則很少出現。在大多數成人中,Alpha 波頻率介於 9 至 11 Hz。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG alpha waves。
Theta 波(頻率範圍 4 Hz 至 7 Hz)
介於 4 到 7 Hz 的腦活動稱為 Theta 活動。EEG 測量中偵測到的 Theta 節律通常出現在年輕成人身上,特別是在顳葉區域,以及過度換氣期間。在年長者中,振幅大於約 30 毫伏特(mV)的 theta 活動較少見,除了在嗜睡時例外。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG theta waves。
Delta 波(頻率範圍最高至 4 Hz)
Delta 活動主要見於嬰兒。Delta 波與年長受試者的深層睡眠階段相關。已記錄到無發作性發作患者在發作間期(between seizures)出現 Delta 波,這些患者會有短暫、突然的注意力中斷。
Delta 波的特徵是低頻(約 3 Hz)、高振幅波形。Delta 節律可在清醒時出現——它們會對睜眼有反應,且也可能因過度換氣而增強。當使用 EEG 裝置測量時,這些通常被稱為 EEG delta waves。
運用 EEG 波形理解大腦如何運作

EEG 顯示了什麼?
即使在睡眠時,你的大腦也持續吸收並處理資訊。所有這些活動都會產生 EEG 感測器所擷取的電訊號。這使得大腦活動的變化得以被捕捉,即使沒有可見的行為反應,例如動作或臉部表情。
EEG 監測的是你大腦所產生的電活動變化,而不是想法或感受。它不會向你的大腦傳送任何電流。
偵測大腦主要皮質區的活動,對於取得高品質 EEG 資料至關重要。結果可作為評估受外界刺激影響之情緒狀態的參考指標。
EEG 的簡史
對大腦中電活動現象的研究早在 1875 年就已在動物上進行,當時醫師 Richard Caton 在《British Medical Journal》上發表了他對兔子與猴子的實驗結果。
1890 年,Adolf Beck 將電極直接放置在狗與兔子大腦表面,以測試感覺刺激。他觀察到大腦電活動的波動,促成了腦波的發現,也使 EEG 成為一門科學領域。
德國生理學家兼精神科醫師 Hans Berger 被認為在 1924 年首次記錄了人類的 EEG 腦波。Berger 發明了腦電圖儀(electroencephalogram),一種用來記錄 EEG 訊號的裝置。在他的書《The Origins of EEG》中,作者 David Millet 將這項發明描述為「臨床神經學史上最令人驚訝、最非凡且最重大的發展之一」。

Hans Berger 於 1924 年取得了第一份人類 EEG 記錄。上方訊號是 EEG,下方則是 10 Hz 時序訊號。

Hans Berger,第一位在人類身上記錄 EEG 腦波的人。
臨床腦電圖學領域始於 1935 年。它源自神經科學家 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 與 William Lennox 對癲癇樣尖波、發作間期尖波波形以及臨床失神性癲癇三個週期的研究。Gibbs 與科學家 Herbert Jasper 得出結論,發作間期尖波是癲癇的明確特徵。第一個 EEG 實驗室於 1936 年在麻薩諸塞總醫院成立。
1947 年,當時稱為 The American EEG Society、如今稱為 The American Clinical Neurophysiology Society 的組織成立,並舉行了第一屆國際 EEG 大會。
1950 年代,William Grey Walter 發展了 EEG 地形圖(EEG topography),作為 EEG 的補充,讓人們得以描繪大腦表面的電活動。這項技術在 1980 年代很受歡迎,但從未被主流神經學採納。
1988 年,Stevo Bozinovski、Liljana Bozinovska 與 Mihail Sestakov 成為首批使用 EEG 機器控制實體物體的科學家。2011 年,當科技創業者 Tan Le 與 Dr. Geoff Mackellar 創立 Emotiv 公司時,EEG 進入消費市場。
EEG 技術,如頭戴裝置與帽式裝置,都是 BCI(Brain-Computer Interface,腦機介面)的組成部分。BCI 也稱為 HMI(Human Machine Interface,人機介面)、MMI(Mind Machine Interface,意念機器介面)、BMI(Brain Machine Interface,腦機介面)以及 DNI(Direct Neural Interface,直接神經介面)——DNI 可解碼來自大腦及神經系統其他部分的訊號。BCI 旨在透過對受訓精神指令的機器學習,追蹤認知表現並控制虛擬與實體物體。
2017 年,四肢癱瘓賽車手 Rodrigo Hübner Mendes 成為史上第一位僅憑腦波駕駛 Formula 1 賽車的人,這要歸功於 Emotiv EEG 頭戴裝置。
EEG 用於什麼?
表現與健康
運動員、生物駭客以及任何感興趣的消費者都可以使用 EEG 來「追蹤」自己的大腦活動,就像他們追蹤一天走了多少步一樣。EEG 可以測量認知功能——例如注意力與分心、壓力與認知負荷(在任何時刻施加於工作記憶上的大腦總活動容量)——。這些發現能揭示大腦如何回應日常生活事件的寶貴洞見。EEG 資料提供回饋,可用來設計有科學依據的策略,以減輕壓力、提升專注或加強冥想。
消費者研究
EEG 資料可作為強大的 消費者洞察搜尋工具。大腦反應提供前所未有的消費者回饋——因為 EEG 被用來測量消費者實際注意的內容,與他們自我回報喜歡或注意到的內容之間的差距。將 EEG 與眼動追蹤、臉部表情分析與心率測量等其他生理感測器結合,可讓公司完整了解顧客行為。使用 EEG 等神經技術研究消費者反應稱為 神經行銷。
醫療保健
由於 EEG 測試會顯示受控程序中的大腦活動,因此結果可包含用於診斷各種腦部疾病的資訊。異常的 EEG 資料會透過不規則腦波呈現。異常 EEG 資料可顯示腦功能失調、頭部創傷、睡眠障礙、記憶問題、腦腫瘤、中風、失智症、癲癇等癲癇發作性疾病以及其他多種病症的徵兆。視預期診斷而定,醫師有時會將 EEG 與認知測試、大腦活動監測及 神經影像技術 結合。
發作診斷
對於出現癲癇發作活動的患者,通常會建議進行 EEG 測試。在這些情況下,醫師可能會進行 可攜式 EEG。可攜式 EEG 可連續記錄長達 72 小時,而傳統 EEG 持續 1 到 2 小時。患者可以戴著 EEG 頭戴裝置在自己家中自由活動。延長記錄時間可提高記錄到異常腦活動的機率。因此,可攜式 EEG 常用於診斷癲癇(EEG epilepsy)、癲癇發作性疾病或睡眠障礙。
睡眠障礙的睡眠研究
EEG 睡眠研究或「多導睡眠檢查」除了腦部掃描外,還會測量身體活動。EEG 技術人員在整夜程序中監測你的心率、呼吸與血液中的氧氣濃度。多導睡眠檢查主要用於醫學研究以及作為睡眠障礙的診斷測試。
定量神經科學
由於 EEG 測量的是大腦外層(大腦皮質)的電活動,因此它可以從你的頭皮偵測到腦波。透過將 EEG 腦部測試與其他腦部監測技術的資料結合,研究人員可以獲得對大腦及身體中複雜交互作用的新洞見。
這正是定量腦電圖(qEEG)所要達成的目標。定量 EEG 會像傳統 EEG 一樣記錄你的腦波。利用機器學習,qEEG 會將你的腦波與同一性別、同年齡層但沒有腦功能失調者的腦波進行比較。qEEG 流程透過定量比較,為你的大腦建立一張「地圖」。此過程在神經科學的子領域——計算神經科學——中很常見。
EEG 電極放置是成功進行 qEEG 的關鍵部分。傳統 EEG 導聯放置遵循 10-20 系統,這是一項國際公認的標準,用於將電極安裝於頭皮上。「10-20」是指 EEG 導聯之間的距離為顱骨總距離的 10% 或 20%。
裝置上的電極數量可以不同——有些 EEG 記錄系統可多達 256 個電極。qEEG 的記錄使用 19 感測器帽來從你頭皮的全部 19 個區域收集資料。由於 EEG 導聯會放大其放置位置的訊號,因此取得 qEEG 腦部地圖可在腦部層級辨識行為及/或認知層級所觀察到的功能失調原因。
學術研究
異常 EEG 結果並非 EEG 測試結果中唯一有價值的資訊。許多研究人員在研究中使用正常 EEG,包括 1957 年一項關於 REM 睡眠期間大腦活動的開創性研究。
如前文「EEG 所測量的腦波類型」所述,研究 EEG 記錄可以揭示腦訊號中包含的一系列頻率。這些頻率反映不同的注意與認知狀態。例如,研究人員在調查冥想期間的神經反應(EEG meditation)時,曾監測 gamma 頻帶活動(通常與有意識的注意力相關)。
Gamma 頻帶活動與巔峰的心理或身體表現有關。當受試者戴著 EEG 裝置進行深度冥想的實驗,引發了 gamma 波與有意識經驗或超越性的心理狀態相關的理論。然而,學術研究者對 gamma 頻帶活動究竟與哪些認知功能相關,尚未達成共識。
研究人員需要一種方法來處理與管理他們收集到的龐大腦資料——甚至與不同機構共享這些資料。「神經資訊學」是提供計算工具與數學模型以支援 神經科學資料 的研究領域。神經資訊學旨在建立組織資料庫、資料共享與資料建模的技術。由於「神經科學」的定義廣泛地包含對神經系統的科學研究,因此它涉及多樣化的資料。神經科學的子領域之一是認知心理學,它使用 EEG 等神經影像方法來分析大腦與神經系統的哪些部分支撐哪些認知過程。
市場研究:使用 EEG 頭戴裝置理解情緒與認知狀態

EEG 檢測流程
為 EEG 檢查做準備

以下關於 EEG 監測、判讀與結果的章節,包含針對在醫療環境中接受 EEG 檢測者的資訊。準備檢測的最佳方式,永遠是向檢測執行人員詢問具體的準備指示。準備指示會因使用情境而異——例如,用於消費者研究、學術研究或表現與健康的 EEG 記錄,可能要求受試者保持活動,而不是平躺。
像 Emotiv 這類公司已在 EEG 技術上開創多項進展,使檢測、處理與判讀更加快速便利。Emotiv 的行動式與無線 EEG 頭戴裝置可在不到五分鐘內完成設置,並讓參與者可自由移動,而不必被限制在測試場地。
在 EEG 測試前,請告知執行測試的專業人員——無論是醫師、雇主或研究人員——你平時服用的任何藥物。建議你在前一晚洗頭,並且不要使用任何產品。檢測前至少 8 小時內避免飲用或食用任何咖啡因。如果你在 EEG 程序中必須睡覺,可能會被指示在前一晚限制睡眠,以確保你的大腦在測試期間能正確放鬆。
EEG 監測
在 EEG 程序中,你不會感到疼痛或不適。在臨床 EEG 程序中,你會躺在床上或坐在可後仰的椅子上,並被指示閉上眼睛。EEG 技術人員會測量你的頭部,並標記導聯的貼附位置。
當測試開始時,電極會記錄你的腦波,並將活動傳送到記錄機器。EEG 機器接著會將資料轉換為波形以供判讀。記錄完成後,技術人員會將電極從你的頭皮上移除。
科學或臨床環境中的例行 EEG 測試通常需要 30 到 60 分鐘完成,其中包括約 20 分鐘的初始設置時間。針對消費者、個人表現與職場研究進行的 EEG 測試,可能會因測試目的而更短或更長。Emotiv 的無線 EEG 頭戴裝置可為這些使用情境提供更快的設置(不到五分鐘)。
程序後通常不需要恢復時間。如果你為了在測試期間睡覺而服用了會引起嗜睡的藥物,測試管理人員可能會建議你在場地內等待藥效消退,或請人開車送你回家。
EEG 測試的副作用很少見。電極本身不會產生任何感覺;它們只會記錄大腦活動。癲癇患者可能會因閃爍燈光等刺激而在程序中發作。EEG 測試中的癲癇發作不必害怕——它實際上可以幫助醫師診斷癲癇類型,並據此調整治療。
EEG 判讀與檢查結果
如果你因臨床原因被建議接受 EEG 檢測,你的檢測結果將由專精於神經系統的醫師判讀。神經科醫師會研究記錄中正常與異常的大腦模式。腦波模式因其波形特徵而非常容易辨識。例如,burst suppression pattern(爆發抑制模式)常見於昏迷或全身麻醉等腦部活動低下的患者,會呈現短暫尖峰(burst)與平坦時期(suppression)交替出現。
不同類型的癲癇具有不同的 EEG 模式。尖波-波形模式——一種廣泛、對稱的 EEG 模式——常見於失神性發作,患者會經歷短暫的意識喪失。部分局部性發作則只影響大腦某一區域,其特徵是在與該區域相關的 EEG 資料通道中出現低電壓、快速節律模式。
接著神經科醫師會將 EEG 測量結果送回開立檢查的醫師。你的醫師可能會安排一個門診,與你一起查看 EEG 影像並討論結果。視你的狀況而定,後續可能會建議你接受稱為 EEG 神經回饋或生理回饋的服務。例如,希望強化與專注相關腦波模式的人,可能會參與針對 ADHD 的神經回饋 治療。
生理回饋治療可幫助受試者控制非自主的身體過程。例如,經歷高血壓的人可以在接收皮膚電極資料的監視器上查看自己的身體測量值。監測這些活動有助於教導能緩解症狀的放鬆與心智練習。
同樣地,神經回饋依賴 EEG 來訓練大腦更有效地運作。在這項訓練中,患者會連接到 EEG 機器並即時觀看自己的大腦活動。這往往類似一種電子遊戲,患者用大腦「玩」遊戲來控制自己的腦活動。患者會嘗試改善與腦功能失調相關的腦頻率,就像運動員鍛鍊較弱的肌肉一樣。EEG 神經回饋常被建議用於癲癇、雙相情緒障礙、ADHD 與自閉症等狀況。雖然它可以幫助這些疾病,但不能治癒它們。
不同類型的 EEG 裝置
EEG 機器有幾種不同形式的 可穿戴 EEG 裝置。最高層次的區別,是臨床 EEG 裝置(用於醫療與科學研究環境)與消費者 EEG 裝置(用於消費者研究、學術研究以及表現與健康)。使用臨床裝置時,參與者在戴著裝置時無法移動,而且資料需要在受控且屏蔽的環境中收集,以避免訊號失真。像 Emotiv 無線頭戴裝置這樣的消費者 EEG 裝置,則讓使用者可在任何地方監測腦活動。
不同類型可穿戴 EEG 裝置之間的差異,是為了支援使用 EEG 系統的專業人員需求,以及資料收集的環境。例如,神經科醫師與神經科學家通常比消費者研究人員需要更高密度的感測器來進行資料分析。除了 EEG 電極放置之外,還有幾項值得注意的 EEG 系統差異需要考慮。
EEG 帽式裝置 VS. EEG 頭戴裝置
EEG 帽與 EEG 頭戴裝置有什麼差別?這兩種最常見可穿戴 EEG 裝置的主要差異在於電極數量。頭戴裝置通常有 5 到 20 個電極。帽式裝置可支援更多感測器,因為它們具有更大的電極放置面積。像 Emotiv EPOC Flex 這類 EEG 帽,提供可移動感測器以便靈活定位。Emotiv Insight 與 EPOC X 頭戴裝置中的感測器配置則是固定的。

EPOC Flex
凝膠或生理食鹽水感測器

EPOC+ 與 EPOC X
生理食鹽水感測器
濕式 VS. 乾式 EEG 電極
EEG 裝置主要使用濕式或乾式電極。還有一種新開發的電極形式稱為「紋身電極」,這是一種像臨時刺青一樣貼上的印刷式電極。濕式電極因使用黏著凝膠以更好地與頭皮接觸,因此能提供較佳的資料準確度。濕式電極主要用於臨床與研究環境。乾式電極不需要黏著凝膠。具有乾式電極的 EEG 裝置常用於消費者 EEG 研究,因為它們可縮短設置時間。研究人員一直在比較濕式與乾式 EEG 電極的優缺點。
有線 VS. 無線 EEG 裝置
在 EEG 的早期,患者必須在臨床環境中連接到 EEG 機器。現在,無線 EEG 測試已成為可能,因為 EEG 訊號可以數位化並傳送到記錄裝置,如智慧型手機、電腦或雲端。可使用可攜式 EEG 在各種環境中進行測試。你可以進行一項實驗,讓受試者戴著 無線 EEG 頭戴裝置 在公園中行走,而受試者的移動只會受到資料傳輸範圍的限制。如果你需要控制測試環境以施加閃爍燈光等刺激,可以選擇臨床環境——在那種情況下,使用有線 EEG 機器沒有任何限制。

有線 EEG 頭戴裝置
纜線連接

無線 Emotiv EEG 頭戴裝置
藍牙無線技術
EEG 測量 vs. 其他腦部測量技術
EEG 測量的優勢在於,它是我們目前可用的、對大腦活動最不具侵入性的測量方式,並在相關認知過程中提供大量定量資訊。其他研究大腦功能的方法包括:
功能性磁振造影(fMRI)
磁腦波描記法(MEG)
核磁共振頻譜(NMR 或 MRS)
電皮質圖
單光子放射電腦斷層掃描(SPECT)
正子放射斷層掃描(PET)
近紅外光譜(NIRS)
事件相關光學訊號(EROS)
EEG 的優勢
儘管 EEG 的空間敏感度相對較低,它仍較前述某些腦部影像與腦科學研究技術具有多項優勢:
與 fMRI 相比,EEG 具有非常高的時間解析度。它可以捕捉以毫秒速度發生的大腦快速反應,從而準確同步大腦中與環境中發生的事情。臨床與研究環境中的 EEG 記錄取樣率介於 250 到 2000 Hz。若有需要,更現代的 EEG 資料收集系統可在超過 20,000 Hz 的取樣率下記錄。
硬體成本與總持有成本(TCO)顯著較低。
EEG 資料的收集是非侵入性的,不像電皮質圖需要進行神經外科手術才能將電極直接放置在大腦表面。
行動式 EEG 感測器可在比 fMRI、SPECT、PET、MRS 或 MEG 更多的地方使用,因為這些技術依賴沉重、昂貴且無法移動的設備。
EEG 是無聲的,因此可用於研究對聽覺刺激的反應。
與 fMRI 和 MRI 相比,EEG 機器周圍沒有身體安全風險。fMRI 和 MRI 都是強力磁體,因此裝有心律調節器等金屬設備的患者無法使用。
fMRI、PET、MRS 與 SPECT 可能加劇幽閉恐懼,進而影響測試結果。EEG 不會引發幽閉恐懼,因為受試者不會被限制在狹小空間內。
消費者 EEG 掃描允許在測試期間有更多受試者移動,這與大多數其他神經影像技術不同。
EEG 不涉及暴露於放射配體,不像正子射出斷層掃描;也不涉及像 MRI 或 fMRI 那樣的高強度磁場。
EEG 不涉及暴露於高強度(>1 特斯拉)磁場。
與行為測試方法相比,EEG 能偵測隱性處理(不需要反應的處理)。這項技術也用於無法做出動作反應的受試者。
EEG 對消費者使用而言門檻低,因此是追蹤與記錄日常生活不同活動中大腦活動的強大工具,幾乎具有無限多的應用。
EEG 睡眠分析可指出大腦發育時間上的重要面向,包括評估青少年大腦成熟度。
相較於 fMRI 中使用的 BOLD(血氧濃度依賴)影像,對 EEG 所測得訊號究竟是什麼有更清楚的理解。
EEG 遊戲
EEG 技術已被調整用於遊戲世界,兼具醫療與娛樂用途。公司正在使用 EEG 提供在 VR、AR 與 BCI 中與電子遊戲互動的方式。EEG 機器偵測訊號,而軟體中的演算法會解讀你的腦波,以控制螢幕上的虛擬角色。
Emotiv 的 EPOC 頭戴裝置是第一個高保真腦機介面(BCI),能夠監測並解讀有意識與無意識的想法和情緒。這個 BCI 可透過機器學習偵測 30 種不同表情、情緒與動作的複雜腦波。機器學習演算法已經過訓練,能辨識參與者處理各種表情、情緒與動作時所出現的腦部模式。
當演算法在資料集中偵測到某種 EEG 腦波時,BCI 就能將該模式與實體或數位指令聯繫起來。例如,想到像 “push!” 這樣的觸發詞,就會讓你的虛擬角色把某個物件推離路徑。
TechCrunch TV:使用 EEG 的意念控制裝置及更多內容
EEG 使用情境
EEG 測量有許多現代應用。幾個值得注意的 EEG 使用情境包括:
神經科學
大腦教育計畫
神經行銷
睡眠研究
腦機介面(BCI)
認知表現
自我量化
情緒狀態
ADHD 治療
神經系統疾病
腦波同步
認知行為治療
神經資訊學
腦波遊戲
AR & VR 輔助
吞嚥困難與失智症
中風復健
工作記憶測試(N-back)
注意:這只是關於 EEG 的一般資訊。Emotiv 產品僅供研究用途與個人使用。我們的產品並非依據歐盟指令 93/42/EEC 所定義的醫療器材銷售。我們的產品並非設計或意圖用於疾病的診斷或治療。