掌握腦電圖 (EEG) 設定：記錄前的最佳實踐

什麼是腦電圖（EEG）設定？

EEG 設定是用於記錄頭皮電活動的一整套設備與程序。該術語可以指用於診斷評估的臨床配置、圍繞研究方案設計的科研配置，或是用於常規實驗室之外的便攜式系統。在每種情況下，電極都會偵測電位，並由採集系統將其轉換為可供審查的記錄。

該設定還包括關於電極位置、參考點、記錄通道以及數據收集條件的決策。標準化放置有助於保持記錄之間的一致性，而所選配置應反映檢查或研究的目的。

EEG 應用於臨床評估和神經科學等領域。它記錄的是電活動模式，而不是直接描繪大腦結構，因此需要結合臨床或研究背景來解釋結果。因此，有效的 EEG 設定取決於合適的設備和嚴謹的記錄實踐。

EEG 設定的組成部分

EEG 系統整合了傳感器、信號處理和數據記錄手段。這些組件如同鏈條般協同工作：電極與頭皮接觸，放大器處理微弱的電信號，記錄系統顯示並存儲生成的通道數據。佩戴和連接細節因設備和方案而異。

EEG 電極

EEG 電極用於偵測選定頭皮位置的電位。它們可以單獨放置，也可以集成到腦電帽中，其位置由標準化佈局或特定研究方案決定。接觸質量至關重要，因為接觸不良會導致記錄不穩定或噪聲增加；在關於電極接觸質量的概述中討論了實際考量因素。

此外，所選的電極類型和放置位置應符合記錄需求，包括通道數量和分佈。常見的設定考量包括：

• 使用適用的放置系統確定所需的頭皮位置。

• 根據電極和設備說明準備接觸區域。

• 固定電極以減少記錄期間的移動。

• 在繼續之前檢查連接和信號質量。

這些檢查有助於將設備或接觸問題與記錄中可能存在的真實模式區分開來。

EEG 放大器

放大器接收電極偵測到的微小電壓差，並將其傳輸以進行記錄和顯示。其通道容量和兼容輸入應與計劃的電極排列保持一致。放大器是信號鏈的一部分，因此可靠的連接和適當的系統配置與設備本身同樣重要。

EEG 儀器設定與記錄系統

記錄系統與放大器連接，呈現 EEG 通道以供觀察、存儲和後續審查。在數據收集之前，操作員會根據方案配置記錄，確認通道可用，並檢查顯示是否符合預期。具體的控制和工作流程取決於所使用的系統。

常見系統組件的作用可以在不假設每個設定都使用相同硬件或軟件的情況下進行歸納。

僅憑顯示正常並不能證明記錄在技術上是完善的。通道檢查、信號行為觀察以及配置文檔記錄有助於使收集到的數據更容易審查和解釋。

EEG 腦電帽或頭帶

EEG 腦電帽或頭帶將電極固定在可重複的排列中，並在需要多個位點時簡化放置。貼合度、電極間距以及與記錄方案的兼容性會影響特定腦電帽是否適合該任務。使用腦電帽並不能免除驗證其電極位置和接觸狀況的必要性。

EEG 設定的類型

EEG 設定通常按記錄的地點和原因進行分類。這種劃分很有用，但各類別可能會有所重疊：一項研究可能會使用臨床設備，而便攜式系統也可能出於臨床或研究目的收集數據。每種配置仍必須支持清晰的記錄和適當的文檔備案。

臨床 EEG 設定

臨床 EEG 設定是為了有助於醫療評估的記錄而安排的。電極方案、記錄持續時間以及檢查期間的任何程序均由臨床問題和當地規範決定。生成的 EEG 由具備資質的專業人員結合具體情況進行審查；記錄本身並非獨立的診斷。

研究用 EEG 設定

研究用 EEG 設定遵循研究設計，包括其所需的電極位置、記錄條件和數據管理計劃。跨受試者和測試階段的一致程序有助於進行比較，而元數據有助於記錄可能影響解釋的差異。研究方案還涉及知情同意、隱私以及記錄數據的處理。

便攜式 EEG 設定

便攜式 EEG 設定旨在用於遠離固定實驗室或檢查室的環境。便攜性使得在更廣泛的環境中進行記錄成為可能，儘管運動、電氣干擾和記錄條件的變化可能會帶來實際挑戰。系統和方案需要考慮收集數據的具體環境。

為什麼受試者指導對獲得可靠的 EEG 數據至關重要

受試者指導和方案標準化旨在減少因不可預測行為而導致的程序差異。

如果受試者理解任務指示以及盡量減少面部緊張、吞嚥和眨眼的重要性，將產生更少的高幅肌電偽影，這些偽影可能會干擾後續的信號分析。就皮膚準備步驟徵得同意的過程還能建立合作關係，防止在清潔頭皮期間出現意外動作。

一篇關於管理 EEG 研究的綜合綜述強調，制定正式的書面方案、培訓團隊以及開展預試驗對於確保跨多個記錄階段和地點的一致執行至關重要。該綜述借鑑了大規模多中心經驗，明確將數據收集前的規劃與最終數據集的有效性聯繫在一起。如果沒有這種基礎的標準化，即使是最先進的 EEG headset 也無法補償受試者狀態不一致所引入的噪聲。

該綜述提出的 4 點建議：

1. 建立正式的書面方案並進行團隊培訓，以確保跨測試階段的一致性

2. 開展預試驗，在實際數據收集之前發現設定問題

3. 針對動作、咬緊牙關和眨眼制定標準化的受試者指示

4. 將行為標準化視為關鍵的前端噪聲控制措施

為什麼準備時間會直接影響 EEG 記錄的保真度

一旦受試者接受了指導，工作流程就會轉向生物介面。頭皮必須做好準備，以在皮膚和記錄電極之間建立低阻抗、穩定的連接。

典型的準備工作包括用酒精溶液清潔頭皮，對於濕電極系統，還需輕微磨砂皮膚以去除死皮細胞和油脂。這一步驟通常很耗時，人們自然希望加快速度，尤其是在臨床或面向消費者的環境中。然而，一項2024 年 BCI 研究對這種權衡進行了直接評估，該研究比較了使用乾電極和濕電極的快速設定系統。

在那項研究中，乾電極的平均系統設定時間為 38.4 秒，而濕電極程序耗時 103.4 秒。以穩態視覺誘發電位（SSVEP）範式中的信息傳輸率衡量的信號質量存在顯著差異：濕設定達到了每分鐘 138.89 比特，而乾設定為每分鐘 70.59 比特。

儘管兩種配置都產生了可用的 BCI 性能，但更快的乾設定引入了更高的本底噪聲。準備時間與記錄保真度之間的直接相關性是顯而易見的：更慢、更徹底的生物介面準備會帶來更乾淨的信號。

這種時間與質量曲線的精確形態取決於具體情境，不能推廣到所有電極類型和頭皮條件，但 BCI 數據提供了最明確的現有證據，表明對頭皮準備的時間投入不是可有可無的，它直接決定了原始數據的質量。快速的 EEG 儀器設定可能被作為一種便利進行宣傳，但它本質上損害了生物介面，除非替代電極技術能夠縮小這一差距。

EEG 實驗室減輕環境噪聲的最佳實踐

在受試者準備就緒後，下一步就是控制物理記錄環境。電氣噪聲，特別是來自電源插座的 50 或 60 Hz 工頻噪聲，如果記錄空間佈置不當，很容易滲透到高增益放大器中。

因此，標準工作流程包括讓受試者遠離未屏蔽的電源，關閉非必需的電氣設備，並儘可能使用接地的屏蔽室。環境溫度和光照也很重要，因為波動會引起出汗偽影或光刺激，從而改變持續的大腦節律。

上述 EEG 研究管理綜述明確建議在預試驗階段規劃物理環境和設備設定。通過提前測試記錄條件，團隊可以在正式數據收集開始之前識別並消除外部干擾源。

雖然該綜述沒有提供屏蔽效果的定量基準（例如法拉第籠的分貝衰減），但其程序性原則是一致的：標準化環境可以減少本會偽裝成神經活動的外在差異。對於全屏蔽室通常不切實際的便攜式 EEG 應用，同樣的原則以不同的形式適用：操作員必須在記錄前的清單檢查期間系統地記錄並儘可能消除附近的噪聲源。

所提供的研究中缺乏直接的定量證據，這意味著具體的屏蔽主張仍是基於工程共識推斷出來的，而不是在 EEG 文獻中經過實證驗證的，但環境控制的邏輯必要性是不容置疑的。

在 EEG 設定期間選擇參考策略

在記錄前的工作流程中，一個不太明顯但同樣重要的決定是選擇參考導聯方式。EEG 中的每個電壓測量值都是兩點之間的差值，而參考電極定義了所有其他通道將何處視為「零」。

將參考點放置在何處以及如何在數學上對數據進行重新參考的決定通常會推遲到分析階段，但物理導聯和概念上的參考策略是設定階段的選擇，從根本上塑造了所記錄信號的空間拓撲結構。

一項預處理流程對比研究評估了幾種常見的重新參考方法：平均參考（CAR）、穩健平均參考（rCAR）、參考電極標準化技術（REST）及其插值變體（RESIT）。分析表明，雖然 CAR、REST 和 RESIT 產生了相似的拓撲表示，但 rCAR 方法產生了顯著不同的事件相關頻譜擾動（ERSP）模式。信號分段也顯著影響了去噪結果。

這些發現證實，參考方案的選擇是一個依賴於參數的方法學步驟，從採集的那一刻起就會對數據產生偏差。因此，在設定期間，必須確定並記錄參考電極的放置位置（通常在耳垂或乳突上）以及計劃的重新參考邏輯。

隨意或未經深思熟慮的參考選擇隨後可能會產生誤導性的皮層圖，這使其成為 EEG 腦電帽和系統配置中一個實質性而非微不足道的方面。

如何在 EEG 基線校準期間篩查偽影

在受試者就位、頭皮準備妥當、環境得到屏蔽並選定參考之後，記錄前的最後一道關卡是基線校準期。這通常包括短暫的靜息態片段（通常是睜眼或閉眼），在此期間實驗人員驗證放大器是否穩定、電極-皮膚介面是否平衡，以及信號是否沒有明顯的偽影，例如過度的直流漂移、高頻肌電噪聲或慢速眼電位。

校準期充當診斷快照：鬆動的電極會顯示漂移的基線，磨砂不良的部位會顯示出較高的阻抗和工頻噪聲，緊張的受試者則會產生持續的肌電活動。

EEG 研究管理綜述強調了持續監控數據質量以及利用預試驗及早發現與設定相關問題的重要性。同時，預處理流程對比發現，將連續信號分段為時段（epoch）的方式會顯著影響後續的去噪程序。

這對基線校準有直接影響，因為操作員必須決定什麼構成可接受的「乾淨」靜息時段，而該決定將影響分析後期應用的偽影剔除閾值。對於消費級家用 EEG 設備，自動阻抗檢查和內置偽影指示器將這種校準進行了部分代碼化，但其基本邏輯是相同的：在數據收集前有意識地暫停以篩查原始信號，可以防止存儲最終在預處理期間被剔除的時段。

快速 EEG 設定對數據嚴謹性的影響

記錄前的 EEG 工作流程是一系列相互依賴的步驟，每一步都代表一個可以通過犧牲信號質量來節省時間的決策點。

BCI 快速設定研究最直接地展示了這種權衡。乾電極佩戴僅耗時 38.4 秒，不到濕電極設定所需時間的三分之一，但產生的信號質量明顯較低。在那個特定的 BCI 情境中，任務性能仍然足夠，但本底噪聲的抬高是簡化生物介面準備不可避免的後果。跳過或縮短頭皮清潔、環境檢查或基線篩查不一定會使記錄無法使用，但必然會減少後續分析可用的乾淨信號帶寬。

必須承認，許多單獨工作流程步驟的直接證據是有限的。研究管理綜述支持方案標準化、環境規劃和預試驗篩查的價值，但它並沒有分離出例如特定的指導手稿或特定的屏蔽距離對最終信噪比的因果貢獻。

導聯選擇研究表明重新參考的選擇會影響結果，但它評估的是採集後的處理，而不是物理設定階段的原始數據質量。BCI 研究提供了具體的時間與質量比較，但其推廣到其他電極系統和記錄情境的能力尚未得到證實。

因此，此處概述的建議最好被理解為系統實踐的框架，源自現有最佳證據和該領域的共識，而不是經過實證證明的通用強制準則。核心信息是，仔細的記錄前校準是獲得乾淨、可解釋神經信號的最關鍵因素，設定階段採取的每一個捷徑都是對最終數據集保真度的直接妥協。

EEG 設定在 Emotiv 系統之間有何不同

記錄前的工作流程適用於每個 EEG 系統，但每個步驟需要多長時間以及其風險所在，很大程度上取決於傳感器介面。Emotiv 的無線 EEG 系統旨在將研究級記錄帶出固定實驗室，進入課堂和移動實地研究。因為該系列涵蓋了凝膠、鹽水、半乾式和乾式傳感器，研究團隊可以在上述準備時間和信號質量的權衡中選擇合適的位置，而不是圍繞單一設定構建每個方案。

縮小乾電極差距

上面討論的 BCI 研究發現，快速乾電極設定伴隨著更高的本底噪聲，除非替代電極技術能夠縮小這一差距，否則這種權衡始終存在。EPOC X PRO 在傳感器本身解決了這個問題。每個傳感器都有自己的主動放大器，可減少電纜移動和電極阻抗帶來的干擾，並且信號以 24 位分辨率進行採集。

額外的動態餘量使得低頻漂移、電極偏移和突發運動偽影在被捕獲時不會出現削波，從而減少了預處理期間需要剔除的試次。Emotiv 設計了這種組合，使乾式傳感器能夠提供與濕式傳感器相當的信號質量。

傳感器幾何形狀也很重要。扁平傳感器貼在額頭和乳突參考點的裸露皮膚上，而提供兩種長度的梳狀傳感器則可以穿透頭髮。任何傳感器類型都可以卡入任何插孔，因此研究人員可以使傳感器與每個位點相匹配，而無需在整個頭皮上折衷使用單一幾何形狀。而且由於乾式傳感器不依賴鹽水，測試時間長度不受氈墊保持濕潤時間的限制，這對於長時間工作負荷研究和涉及眾多受試者的方案非常重要。

這些都不能取代基線檢查。短暫的靜息片段仍然是確認給定方案和受試者群體信號質量的方法。

將工作流程帶出實驗室

記錄前工作流程的每個步驟在屏蔽室之外仍然適用；改變的是其實施方式。

環境：Emotiv 系統是無線的，因此沒有放大器電纜將受試者拴在工作站上。Epoc X 和 Flex 2 使用共模噪聲抑制，EPOC X PRO 增加了 Wi-Fi 6，這在現實研究環境中常見的繁忙 2.4 GHz 條件下表現更好。

Epoc X、Insight、Flex 2 和 EPOC X PRO 中的 9 軸運動傳感器可與 EEG 一起記錄頭部運動，因此測試期間的運動是有據可查的，而非僅憑猜測。EPOC X PRO 還可以在沒有連接計算機的情況下以 256 Hz 的頻率在板載記錄超過 8 小時，因此即使無線連接斷開，記錄也能繼續。

參考：參考放置是每個系統設計的一部分，這使得此設定階段的決策易於記錄。Epoc X 將其 CMS/DRL 參考置於 P3/P4，乳突作為備選。EPOC X PRO 將 CMS 固定在左乳突，DRL 固定在右乳突，從而騰出 P3 和 P4 來記錄 EEG。

Insight 在左乳突上設置參考，MN8 在耳後使用分離式 CMS/DRL 傳感器，而 Flex 2 允許研究人員將 CMS/DRL 放置在任何 10-20 位置或耳朵上。

基線檢查：Epoc X、Insight、Flex 2 和 MN8 包含實時接觸質量監視器。EPOC X PRO 在每個傳感器外殼中都內置了接觸質量指示燈，因此即使未連接主機設備，操作員也可以在傳感器本身檢查貼合情況。

在 EmotivPRO 中，事件標記可以標記睜眼和閉眼基線片段，Lab Streaming Layer（包含在 Standard Team 和 Performance 計劃中）可將 EEG 與 PsychoPy 等刺激軟件同步。

使系統與方案相匹配

對於需要靈活電極放置的高密度研究，Flex 2 Gel 或 Flex 2 Saline 可將多達 32 個通道集成到無線腦電帽中。Epoc X 適用於學術研究、BCI 開發和課堂教學，在這些場景中 14 個通道已足夠，且測試時間較短，鹽水準備不會造成負擔。

EPOC X PRO 專為長時間測試、野外實地研究和時間敏感型研究而構建，時間戳同步精度在約 1 毫秒以內。Insight 支持便攜式 BCI 開發和演示，MN8 將 EEG 引入耳塞中，配合 Brainwear App 進行日常使用。

由於 Epoc X 和 EPOC X PRO 共享 14 個核心記錄位點以及相同的 EmotivPRO 和 Cortex 軟件，團隊也可以將它們結合使用，例如在 Epoc X 上進行預試驗和培訓，同時在 EPOC X PRO 上運行核心記錄。硬件對比將規格並排呈現以供參考。

為什麼嚴謹的 EEG 準備決定了每次 EEG 記錄的價值

整個記錄前工作流程的核心教訓是：神經信號的質量在數據收集開始前就已固定，而不是在事後通過聰明的分析來挽救。從指導受試者到清潔頭皮、屏蔽房間、選擇參考以及檢查基線，每個階段都形成一個鏈條，其中一個薄弱環節就會給後續的每次測量帶來噪聲。

快速乾電極與較慢濕電極之間的直接對比表明，這種權衡表現為更短的設定節省了時間但抬高了本底噪聲。事後處理濾波器無法完全將大腦的真實電活動與運動、環境干擾或準備不良的傳感器介面引入的偽影分離開來。

鑑於許多單獨步驟的直接定量證據仍然有限，該工作流程最好被視為一種規範嚴格的框架，而不是一系列被證實的強制命令。現有最有力的數據表明，準備時間是影響信號保真度的可衡量因素，而其他建議則基於領域共識和工程邏輯。

毋庸置疑的是，在記錄前進行深思熟慮且系統的暫停，可以防止無效的測試和誤導性的皮層圖。簡而言之，即使是最昂貴、最強大的 EEG 系統，其可靠性也完全取決於其前期的精確校準。

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常見問題

為什麼受試者指導被視為確保良好 EEG 信號質量的第一步？

指導通過教會受試者盡量減少面部緊張、吞嚥和眨眼（這些是肌電偽影的主要來源）來減少程序差異。它還能建立知情同意與協作關係，防止在頭皮準備期間出現意外動作。這種行為標準化在任何物理設定開始之前充當了第一道生物噪聲濾波器。

頭皮準備時間如何影響 EEG 記錄的質量？

更長、更徹底的頭皮準備會在皮膚和電極之間建立低阻抗、穩定的連接，從而降低本底噪聲。一項腦機介面研究的證據表明，較慢的濕電極設定比更快的乾電極設定能產生更乾淨的信號。在準備時間上的投入直接決定了原始數據的質量。

記錄 EEG 前需要哪些關鍵的環境控制？

受試者應遠離未屏蔽的電源，應關閉非必需的電氣設備，並在可能的情況下使用接地或屏蔽的外殼/房間。還必須控制環境溫度和光照，因為環境波動會引起出汗偽影或改變大腦節律。標準化環境可減少原本可能偽裝成神經活動的外在電氣噪聲。

為什麼選擇參考導聯方式是 EEG 設定的重要組成部分？

EEG 的每個電壓測量值都是兩點之間的差值，因此參考電極定義了所有其他通道將何處視為「零」。不同的參考策略（例如平均參考或 REST）會產生不同的拓撲和頻譜結果。隨意或未經深思熟慮的參考選擇隨後可能會生成誤導性的皮層圖，這使其成為設定階段的一項實質性決策。

記錄前基線校準期的目的是什麼？

基線校準提供了一段簡短的靜息態片段，以驗證放大器是否穩定、電極-皮膚介面是否平衡，以及信號是否沒有明顯偽影。它充當診斷快照，在數據收集開始前捕捉鬆動的電極、不良的頭皮位點或肌肉緊張。這種有意識的篩查可以防止存儲日後會被剔除的時段。

獲得乾淨、可解釋神經信號的最關鍵因素是什麼？

仔細的記錄前校準是最關鍵的單一因素，因為它在重大腦與放大器之間建立了穩定、低噪聲的介面。EEG 記錄的質量在存儲第一個數據時段之前就已基本確定，而不是依靠事後的算法。準備鏈條中薄弱的步驟會將噪聲向下游傳播並降低最終信號的質量。