頭皮電極的位置決定了哪些神經元群體會對訊號產生貢獻，從而影響從臨床診斷到認知研究的一切。幾公釐的位移就可能改變哪個大腦區域看起來是活躍的。
對於一項將大腦電活動轉化為具有實際意義的 Insight 的技術而言，感測器的物理放置是所有解讀賴以建立的基礎幾何架構。本文探討了國際 10-20 系統背後的解剖學原理、使其發揮作用的關鍵假設、特殊群體所面臨的挑戰，以及現代驗證工具如何強化可靠腦波圖 (EEG) 數據所要求的精準度。
什麼是腦電圖（EEG）電極放置？
EEG 電極放置是指在頭皮上定位傳感器以記錄與大腦活動相關的電壓差的過程。一致的放置有助於臨床醫生和研究人員跨時間、跨參與者和跨環境比較記錄。它是腦電圖學的一部分，腦電圖學是一種用於臨床護理和神經科學的方法。
電極不會讀取大腦中某一個孤立點的活動。記錄到的信號反映了電信號源以及它們穿過腦組織、顱骨和頭皮的方式，以及所選的參考和導聯方式。因此，對放置位置的解讀需要結合完整的記錄設置以及個人的臨床或研究背景。
標準化頭皮位置這一表述描述的是電極放置系統的目標，而非保證每個人的每個電極都位於完全相同的皮質區域上方。頭型、頭髮和測量技術都可能影響最終的位置。
因此，EEG 記錄取決於放置計劃及其執行的質量。
10-20 系統如何創建通用 EEG 地圖
標準化放置將人頭的彎曲表面轉化為可重複的網格。國際 10-20 系統 通過將顱骨劃分為四個關鍵顱骨測量地標之間的比例距離來實現這一點：鼻根（鼻樑）、枕外隆突（腦後隆起）以及左右耳前點（就在耳朵前方）。
“10-20”這個名稱源於沿正中線和冠狀面所使用的間隔比例（10%、20%、20%、20%、20% 和 10%）。這些百分比定義了常見電極標籤的位置：Fp（額極）、F（額葉）、C（中央區）、P（頂葉）、O（枕葉）和 T（顳葉），每個標籤都有數字細分，表示偏側性以及與正中線的距離。
Richard Homan 的一項回顧性研究指出，這種方法“利用外部顱骨地標的測量來定位頭皮上的電極”，並已作為國際標準使用了三十多年。
它的強大之處在於其可擴展性。東京的技術人員和柏林的研究人員都可以在頂點（定義為連接兩側耳前點的冠狀線與正中線的交點）放置一個 Cz 電極。所得的記錄參考相同的解剖位置，從而實現跨實驗室的對比。
更新後的美國臨床神經生理學會指南將這一邏輯擴展到 10-10 系統，該系統納入了 AF1/2 和 PO1/2 等中間位置。這些額外的位點提供了更高的空間分辨率，在定位癲癇樣放電或將細微的認知過程映射到特定皮質區域時特別有用。
如果沒有這種標準化的 EEG 電極放置慣例，該領域將分裂為孤立的數據集，每個數據集都束縛於特定實驗室的導聯方式。
連接頭皮與大腦解剖結構的關鍵假設
使用 10-20 系統的每一次 EEG 記錄都基於一個基本前提：電極的頭皮位置與下方大腦結構之間的關係具有足夠的一致性，從而在臨床和科學上具有實用價值。
Richard Hamon 的回顧性研究直接指出了這一點，並指出該技術“假設頭皮電極位置與下方大腦結構之間存在一致的相關性”。因此，這是允許神經學家推斷在 T3 記錄的活動可能起源於左側顳葉，或者 Cz 電極捕獲了來自感覺運動皮質活動的概念支柱。
然而，這個假設僅僅是一個假設，並不是一個同樣適用於每個大腦的、經過驗證的解剖學定律。
個體顱骨厚度、皮質褶皺模式以及枕外隆突與枕極之間的確切關係可能存在差異。10-20 系統是作為頭腦對應關係的統計模型來運行的，該模型經過數十年臨床相關性和源定位研究的驗證，但它並不提供任何單個人皮質的毫米級精確地圖。
當神經反饋從業者或研究人員在沒有進行個人 MRI 共同配準的情況下解讀 EEG 數據時，他們是在這個概率框架內工作的。該系統的廣泛接受表明，該假設對於大多數應用來說足夠穩健，但認識論的謙遜要求承認其局限性。來自給定電極的數據代表了皮質區域活動的加權總和（受容積傳導影響），而確切的貢獻組合則受個人解剖學特異性的影響。
這就是為什麼比例測量方法如此重要的原因。通過將電極位置與大致隨大腦大小縮放的外部地標聯繫起來，該系統最大限度地減少了個體間的差異。另一種選擇——在距離某個任意點的絕對距離處放置電極——將在成人和不同年齡段之間頭圍的顯著差異下崩潰。
為什麼標準化電極名稱能防止數據誤讀
分配給每個位點的名稱必須向任何接受過培訓的讀者傳達精確的解剖學信息。10-20 系統的命名法對腦葉和半球進行了編碼：奇數後綴表示左側，偶數後綴表示右側，“z”（零）表示正中線。一個標記為 P3 的電極被普遍理解為位於左側頂葉區域，大約在正中線半圍的 20% 處。
更新後的美國臨床神經生理學會指南解決了為什麼這種標準化對於交流至關重要的問題。它討論了擴展的 10-10 系統提供“額外定位信息”的情況，例如使用 AF1/2 和 PO1/2 位置來更好地定義額極或枕極活動。如果一份報告僅提及“額葉活動”而沒有這些標準標籤，可能指的是打幾十種不同的導聯配置。該指南的存在就是為了防止這種含糊不清。
同樣的原理也適用於消費級 EEG 設備。具有固定電極位置的設備隱性地採用了 10-20 位置的簡化子集，而研究或應用的質量在很大程度上取決於這些位置與預期皮質目標的符合程度。因此，只要透明地報告導聯方式，一致的命名法就允許將來自商業設備的數據與大量的臨床文獻進行對比。
標記 | 含義 | 示例 |
|---|---|---|
奇數 | 左半球 | P3 |
偶數 | 右半球 | P4 |
z | 正中線 | Cz |
調整嬰兒大腦解剖結構的電極放置
嬰兒的顱骨比例、未閉合的前囟以及大腦發育的軌跡改變了外部標記與功能區域之間的關係。Hellström 等人的研究直接探討了這一點，他們使用 28 名嬰兒的普通顱骨 X 光片，對“接受放射學研究”的嬰兒的電極放置進行了檢驗。
研究人員提出了一套與完整的 10-20 系統相比電極更少的系統，該系統專為嬰兒解剖結構而量身定制。放射學分析使他們能夠估計每個電極位置與下方大腦部分之間的地形關係，從而提供了針對該年齡組的解剖學驗證。
關鍵的啟示是，比例原則仍然存在，但地標和電極數量必須進行調整。對於旨在用於新生兒的可攜式 EEG 應用，廠商不能簡單地將傳感器放置在按比例縮小的成人坐標上。如果沒有獨立的驗證，信號可能會誤導下方神經源的真實情況。
在睡眠監測中使用髮際線外的電極放置
臨床睡眠研究面臨著一個實際的挑戰：標準的 10-20 導聯需要接觸頭皮，這對於睡眠受試者可能是具有侵入性的，尤其是在長期或居家方案中。
Dyson 等人調查了放置在髮際線外的 EEG 電極是否能產生與標準放置相當的睡眠分期結果。六名受試者在睡眠時，同時從標準位置和髮際線外的“測試”位置進行記錄，在髮際線外可以更容易地黏貼預塗導電膠的電極。
使用 Cohen's kappa 係數對兩種放置方式所得睡眠評分的符合程度進行了量化。對於單獨考慮的六個睡眠分期，放置方式之間的觀察者內符合度達到了 kappa = 0.860。這種極佳的符合度表明，就睡眠分期而言，髮際線外的放置效果幾乎與標準導聯一樣好。
值得注意的是，這一發現是針對特定應用的。它並不意味著髮際線外的電極可以替代標準放置來檢測局灶性發作間期棘波或進行源定位。這項研究說明了當研究問題較窄時 EEG 方法學的靈活性。
因此，設計用於睡眠監測的消費級 EEG 帽可能會選擇在額頭和乳突周圍採用簡化的電極陣列，但解讀該數據的研究人員必須知道，空間分辨率已打折扣。
自動 3D 掃描驗證電極位置
即使有 10-20 指南，手動測量也會引入人為誤差。對鼻根至枕外隆突距離的輕微誤判，或者捲尺滑動，都可能使電極偏移數釐米，從而錯誤標記正在採樣的大腦區域。
因此，Tveter 等人提出了一種全新的自動化方法，該方法使用 3D 掃描定位電極位置，而不需要 MRI 數據。該框架識別耳前點和其他地標，然後定位每個電極，在來自 278 名受試者的 400 多次掃描數據集上，實現了 85.7% 至 91.0% 範圍內的正確電極識別。
值得注意的是，即使在沒有 MRI 的情況下，這種方法也能發揮作用，而這在許多資源有限的環境以及日益發展的門診或居家 EEG 領域是現實情況。端到端框架包含一個驗證工具，以便在必要時進行手動調整。高準確性表明，自動空間驗證可以成為標準的質量控制步驟，就像電阻檢查一樣。
這項研究驗證了定位技術本身，並支持一個邏輯推論：如果電極更確定地放置在它應該在的位置，那麼源定位將更加值得信賴。廉價的 3D 掃描和開源處理流程的融合意味著，嚴格的放置驗證不再僅限於設備齊全的學術中心。
在任何使用具有明確導聯的 EEG 儀器的 EEG 研究中，客觀確認電極位置的能力都提高了證據的標準。
為 EEG 電極放置做準備
準備工作支持一致的接觸，並減少記錄過程中可以避免的中斷。該過程因電極類型、研究持續時間以及當地的臨床或研究程序而異。它通常包括確認計劃的佈局、適當準備頭皮以及檢查記錄系統是否就緒。
一個簡單的順序有助於保持設置條理，而不需要將每個參與者或設備視為完全相同：
根據記錄協議確認預期的電極佈局和導聯。
在定位電極之前，識別並測量相關的解剖學地標。
根據電極設計和既定程序準備頭皮接觸區域。
在開始記錄之前檢查電極連接和信號質量。
完成這些步驟後，工作人員可以評估每個傳感器是否按預期就座，以及觀察到的信號是否足夠穩定以符合協議。電極接觸測量和可接受的閾值取決於設備和機構程序，因此單一數值並非通用。關於放置或設置調整的清晰記錄有助於解釋所得數據中的差異。
排除常見的電極放置問題
放置問題可能會表現為接觸不良、波形不穩定、噪音過大或通道之間出現意外差異。這些跡象可能源於多個方面，包括連接鬆動、移動、頭髮干擾或環境偽影。當將記錄視為一個系統來考慮，而不是將每一次異常都歸咎於單個電極時，故障排除的效果最好。
初步檢查是確認電極是否在計劃位置並與頭皮保持可靠接觸。技術人員還可以按照設備說明檢查電纜、連接器和電極與皮膚的界面。任何調整都應保持預期的佈局，或者在必要更改時進行記錄。
一些異常活動是生理性的而非技術性的。眼球運動、肌肉活動和身體移動都會影響頭皮記錄，而參考電極的選擇會改變通道的外觀。區分這些可能性需要注意記錄背景以及跨通道的模式；單個異常的波形本身並不能確定原因。
使用 Emotiv Flex 2 和 EmotivPRO 將 10-20 放置付諸實踐
上述原則塑造了實際的設備選擇。固定佈局的設備使您只能使用一種導聯，而基於腦電帽的系統則允許您使電極佈局與您的研究問題相匹配。
Emotiv Flex 2 是一款無線、基於腦電帽的 EEG 系統，圍繞這種靈活性而設計。它的腦電帽有 74 個與標準 10-20 位置對齊的開孔，您可以在其中任意放置多達 32 個傳感器。兩個參考傳感器（CMS/DRL）可以位於任何 10-20 位置或耳朵上。這使得構建協議所需的額葉、中央或枕葉佈局，並使用標準電極名稱對其進行報告變得非常實用。
Flex 2 提供導電膠或生理鹽水傳感器，脑电帽有多種尺寸以適應不同的頭部尺寸。它通過藍牙 5.2 以每通道每秒 256 個樣本的速度傳輸 16 位數據。
腦電帽尺寸有助於貼合，但它不能取代對鼻根、枕外隆突和耳前點的測量。即使是貼合良好的腦電帽，仍需要對照這些地標檢查其 Cz 位置。
EmotivPRO 支持前面描述的設置和質量控制步驟：
實時接觸質量圖：在設置時查看每個傳感器的狀態，然後在開始記錄前進行調整。
EEG 質量指標：基於信號特徵（而非僅僅接觸）的附加單個傳感器指標。
事件標記：對記錄進行註釋，以將實驗事件與眨眼和移動等偽影區分開來。
開放的導出格式：導出為 EDF 或 CSV，以便在 EEGLAB 和 MATLAB 等工具中進行分析，並支持用於同步工作流的 Lab Streaming Layer（LSL）。
這些功能共同解決了幾個常見的放置挑戰。在 74 個標準開孔中移動多達 32 個傳感器，使您能夠將導聯與研究問題相匹配。多種腦電帽尺寸支持在不同的頭部尺寸上實現緊密、一致的貼合。接觸質量圖可實時確認傳感器接觸，並且標準電極標籤會一直保留到導出的數據中，這支持了導聯方式的透明報告。
為什麼電極放置決定了 EEG 準確性的極限
每一份 EEG 記錄的含義都繼承自傳感器安放的位置，而該信號的清晰度取決於連接頭皮與大腦的幾何形狀。像 10-20 系統這樣標準化的比例網格使得不同診所之間的記錄具有可比性，但它們的可靠性建立在概率假設之上，而非精確的解剖圖。
這個假設對於日常使用來說足夠強大，但又足夠近似，以至於在解讀任何單個人頭部的信號時需要保持謙遜。這一核心思想解釋了為什麼嬰兒放置需要單獨的驗證，為什麼簡化的睡眠電極陣列僅適用於狹窄的問題，以及為什麼客觀驗證至關重要。
將所有這些發現聯繫在一起的是一個單一的原則：任何 EEG 觀察的價值都取決於知道它來自哪裡。簡化的導聯對於睡眠分期可能很實用，自動 3D 掃描可能以高準確度確認傳感器位置，但兩者都不能取代解剖學推理。
總之，這些研究表明，精確的傳感器放置不是一個可選的前處理步驟，而是讓記錄得以共享、比較和信賴的基石。即使 EEG 硬件變得更加便攜和自動化，第一個問題應該仍然相同：這個電極下方是大腦的哪個部分？
參考文獻
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Hellstrom, B., Karlsson, B., & Müssbichler, H. (1964). Electrode placement in EEG of infants and its anatomical relationship studied radiographically. American Journal of EEG Technology, 4(4), 71-75.
Dyson, R. J., Thornton, C., & Dore, C. J. (1984). EEG electrode positions outside the hairline to monitor sleep in man. Sleep, 7(2), 180-188. https\://doi.org/10.1093/sleep/7.2.180
Tveter, M., Tveitstøl, T., Nygaard, T., Pérez T, A. S., Kulashekhar, S., Bruña, R., ... & Hebold Haraldsen, I. R. (2024). EEG electrodes and where to find them: automated localization from 3D scans. Journal of Neural Engineering, 21(5), 056022.
常見問題解答
什麼是 10-20 系統，為什麼要使用它？
10-20 系統是一個國際標準，它利用鼻根和枕外隆突等關鍵骨性地標之間的比例距離，將 EEG 電極放置在頭皮上。它創建了一個可重複的網格，以便來自不同實驗室和診所的記錄指向相同的解剖位置。
為什麼電極放置的微小偏移會有所影響？
一毫米的偏移就會改變哪些神經元群體對信號做出貢獻，從而改變哪個大腦區域顯現出活性。精確的放置確保了來自電極的數據真正代表了預期的皮質區域。
10-20 系統依賴於什麼關鍵假設？
該系統假設頭皮電極位置與下方大腦結構之間存在一致的相關性。這個假設是一個統計模型，而不是精確的解剖學定律，因為個體顱骨厚度和皮質褶皺存在差異。
10-20 系統中的電極名稱如何指示位置？
每個名稱都對腦葉和半球進行了編碼：奇數代表左側，偶數代表右側，“z”表示正中線。例如，P3 位於左側頂葉區域，這使任何接受過培訓的讀者都能理解其確切位置。
標準電極放置可以直接用於嬰兒嗎？
不能，嬰兒的顱骨比例和大腦發育有所不同，因此不能簡單地將成人 10-20 系統按比例縮小。研究人員已經使用放射成像驗證了電極較少的量身定制系統，以便將位置與嬰兒的大腦結構相匹配。
髮際線外的電極適合用於睡眠監測嗎？
對於睡眠分期，髮際線外的放置與標準放置的符合度幾乎一樣好，這使得它們對於居家或長期睡眠研究非常實用。然而，它們沒有提供足夠的空間分辨率來檢測局灶性尖波或進行精確的源定位。
自動 3D 掃描如何改善電極放置？
該方法使用頭部的 3D 掃描來識別地標並定位電極位置，而不需要 MRI。這提供了電極實際所在位置的客觀驗證，減少了人為測量誤差，並提高了對源定位的信賴度。
10-10 系統是 10-20 系統的替代品嗎？
10-10 系統是擴展，而不是替代，它基於相同的比例邏輯和地標。它增加了 AF1/2 和 PO1/2 等中間電極位置，以便在需要時提供更高的空間分辨率。
Emotiv 是一家神經科技領導者，透過可近用的 EEG 和腦部資料工具，協助推動神經科學研究進展。
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克里斯蒂安·布戈斯
