头皮电极的位置决定了哪些神经元群对信号做出贡献，从而影响从临床诊断到认知研究的所有方面。毫米级的偏移就可能改变哪个脑区看起来处于活跃状态。
对于一项将大脑电活动转化为具有行动力的 Insight 的技术而言，传感器的物理位置是所有解释赖以存在的基础几何结构。本文探讨了国际10-20系统背后的解剖学原理、使其发挥作用的关键假设、特殊人群面临的挑战，以及现代验证工具如何增强可靠的脑电图（EEG）数据所要求的精准度。
什么是脑电图电极放置？
脑电图（EEG）电极放置是指在头皮上定位传感器以记录与大脑活动相关的电压差的过程。一致的放置有助于临床医生和研究人员在不同时间、参与者和设置之间比较记录。它是脑电图的一部分，脑电图是一种用于临床护理和神经科学的方法。
电极并不是只读取大脑中某一个孤立区域的活动。记录到的信号反映了电信号源及其通过脑组织、颅骨和头皮的传播方式，以及所选择的参考电极和导联组合。因此，对电极放置的解读需要结合完整的记录设置以及个人的临床或研究背景。
标准化头皮位置这一表述描述的是电极放置系统的目标，而不是保证每个电极在每个人身上都位于完全相同的皮层区域之上。头型、头发和测量技术都会影响最终的放置位置。
因此，EEG记录既取决于电极放置计划，也取决于其执行质量。
10-20系统如何创建通用的EEG地图
标准化放置将人类头部弯曲的表面变成了一个可重复的网格。国际10-20系统通过将颅骨划分为四个关键颅骨解剖标志之间比例距离的方式来实现这一目标：鼻根（鼻梁）、枕外隆突（后脑勺的凸起）以及左右耳前点（紧邻耳朵前方）。
“10-20”这个名称源于沿正中线和冠状面使用的间隔比例（10%、20%、20%、20%、20%和10%）。这些百分比定义了我们熟知的电极标签的位置：Fp（额极）、F（额叶）、C（中央区）、P（顶叶）、O（枕叶）和T（颞叶），每个区域都有数字细分，用以指示偏侧性以及与正中线的距离。
Richard Homan的一项综述指出，这种方法“利用外部颅骨标志的测量来确定电极在头皮上的位置”，并且已经作为国际标准服役了三十多年。
它的强大之处在于可扩展性。东京的技术人员和柏林的研究人员都可以将Cz电极放置在顶点，顶点被定义为正中线与连接耳前点的冠状线的交点。由此产生的记录参考了相同的解剖位置，使得跨实验室的比较成为可能。
更新后的美国临床神经生理学学会指南将这一逻辑延伸到了10-10系统，该系统融入了AF1/2和PO1/2等中间位置。这些额外的位点提供了更高的空间分辨率，在定位癫痫样放电或将细微的认知过程对应到特定的皮层区域时特别有用。
如果没有这样标准化的EEG电极放置惯例，该领域将会分裂成孤立的数据集，每个数据集都被束缚在特定实验室的导联组合中。
将头皮与大脑解剖结构联系起来的关键假设
使用10-20系统的每一次EEG记录，都建立在一个基本前提之上：电极的头皮位置与底层大脑结构之间的关系具有足够的一致性，从而在临床和科学上具有实用价值。
Richard Hamon的综述直接阐明了这一点，指出该技术“假设头皮电极位置与底层脑结构之间存在一致的相关性”。因此，这是支持神经学家推断在T3记录的活动很可能源自左侧颞叶，或者Cz电极捕获了来自感觉运动皮层活动的理论支柱。
然而，这个假设仅仅是一个假设，而不是一个完全适用于每个大脑的已证实的解剖学规律。
个体的颅骨厚度、皮层折叠模式以及枕外隆突与枕极之间的确切关系可能存在差异。10-20系统是作为头脑对应关系的统计模型来运行的，并经过了数十年临床相关性和源定位研究的验证，但它并不能提供任何单个人皮层的毫米级精准地图。
当脑电反馈从业人员或研究人员在没有个体MRI联合配准的情况下解读EEG数据时，他们是在这个概率框架内进行工作的。该系统的广泛接受表明，该假设对于大多数应用来说已经足够强大，但认识论上的谦逊要求我们承认它的局限性。来自特定电极的数据代表了来自皮层区域活动的加权总和，受到容积传导的影响，而确切的贡献源组合则受到个体解剖特异性的影响。
这就是为什么比例测量方法如此重要的原因。通过将电极位置与大致随大脑大小缩放的外部标志联系起来，该系统将个体间的差异降到了最低。相反的替代方案——将电极放置在距离某些任意点的绝对距离处——将会在成年人之间以及不同年龄之间头部围度的巨大差异面前崩溃。
为什么标准化的电极名称能防止数据误读
分配给每个位点的名称必须向任何受过训练的读者传达精确的解剖信息。10-20系统的命名法编码了脑叶和半球：单数后缀表示左侧，双数后缀表示右侧，而“z”（zero）表示正中线。标有P3的电极被普遍理解为位于左侧顶叶区域，大约距离正中线半周长的20%处。
更新后的美国临床神经生理学学会指南阐明了为什么这种标准化对于沟通至关重要。它讨论了延伸的10-10系统提供“额外定位信息”的情况，例如使用AF1/2和PO1/2位置来更好地定义额极或枕极活动。一份仅提到“额叶活动”而没有这些标准标签的报告可能会涉及十几种不同的导联配置。该指南的存在就是为了防止此类歧义。
同样的原则也适用于消费级EEG headset。具有固定电极位置的设备隐式地采用了10-20位置的简化子集，而研究或应用的质量在很大程度上取决于这些位置与预期的皮层目标的吻合程度。因此，只要透明地报告了导联组合，一致的命名法就允许将来自商业headset的数据与大量的临床文献进行对比。
标记 | 含义 | 示例 |
|---|---|---|
单数 | 左半球 | P3 |
双数 | 右半球 | P4 |
z | 正中线 | Cz |
针对婴儿大脑解剖结构调整电极放置
婴儿的颅骨比例、未闭合的前囟门以及大脑发育的轨迹改变了外部标记与功能区域之间的关系。Hellström等人的研究直接探讨了这一点，通过对28名婴儿的普通颅骨X光片进行“放射学研究”，检查了婴儿的电极放置。
研究人员提出了一套比完整的10-20电极更少的系统，专门针对婴儿解剖结构量身定制。放射学分析使他们能够估算每个电极位置与底层大脑部分之间的地形图关系，从而提供了针对该年龄组的解剖学验证。
核心启示在于，比例性原则依然存在，但标志物和电极数量必须进行调整。对于针对新生儿的便携式EEG应用，厂商不能简单地将传感器放置在等比例缩小的成人坐标上。如果没有独立的验证，信号可能会误报底层神经源的信息。
在睡眠监测中使用发际线外电极放置
临床睡眠研究提出了一个实际挑战：标准的10-20导联组合需要与头皮接触，这对于睡眠中的受试者可能会产生干扰，特别是在长期或居家方案中。
Dyson等人调查了放置在发际线外的EEG电极是否能够产生与标准放置相当的睡眠分期结果。六名受试者在睡眠时同时进行了标准位置和发际线外“测试”位置的记录，在发际线外可以更容易地粘贴预涂导电膏的粘性电极。
通过两种放置方式得出的睡眠评分之间的一致性使用Cohen's kappa进行了量化。对于分别考虑的六个睡眠阶段，放置方式之间的观察者内一致性达到了kappa \= 0.860。这一极佳的一致性表明，就睡眠分期而言，发际线外放置的效果几乎与标准导联组合一样好。
值得注意的是，这一发现是特定于应用的。这并不意味着发际线外电极可以取代标准放置来检测局灶性发作间期棘波或进行源定位。该研究针对的是在研究问题较窄时EEG方法学的灵活性。
因此，专为睡眠监测设计的消费级EEG电极帽可能会选择前额和乳突周围的简化阵列，但解读这些数据的研究人员必须知道空间分辨率已经受到了妥协。
自动3D扫描验证电极位置
即使有10-20指南，手动测量也会引入人为误差。对鼻根到枕外隆突距离的微小误判，或者皮尺滑脱，都可能使电极移动数厘米，从而错误标记正在采样的脑区。
因此，Tveter等人提出了一种新颖的自动方法，该方法使用3D扫描来定位电极位置，而无需MRI数据。该框架识别耳前点和其他标志，然后定位每个电极，在来自278名受试者的400多次扫描的数据集上，实现了85.7%至91.0%范围内的正确电极识别。
值得注意的是，即使在MRI不可用的情况下，该方法也能奏效，这在许多资源有限的环境以及不断发展的移动式或居家式EEG领域中是普遍的现实。端到端框架包括一个在必要时进行手动调整的验证工具。高准确度表明，自动空间验证可以成为一种标准的质量控制步骤，就像电阻检查一样。
这项研究验证了定位技术本身，并支持一个逻辑推论：如果电极能更确定地放置在它应该在的位置，源定位就会更值得信赖。廉价的3D扫描和开源处理流程的融合，意味着严格的放置验证不再局限于设备精良的学术中心。
在任何使用具有确定导联组合的EEG机器进行的EEG研究中，能够客观确认电极位置的能力提高了证据的标准。
为EEG电极放置做准备
准备工作支持一致的接触并减少记录过程中可以避免的干扰。该过程因电极类型、研究持续时间以及当地临床或研究程序而异。它通常包括确认计划的布局、适当准备头皮以及检查记录系统是否就绪。
一个简单的步骤序列有助于保持设置井然有序，而无需将每个参与者或设备都视为完全相同：
根据记录方案确认预期的电极布局和导联组合。
在定位电极之前，识别并测量相关的解剖标志。
根据电极设计和既定程序准备头皮接触区域。
在开始记录之前，检查电极连接和信号质量。
完成这些步骤后，工作人员可以评估每个传感器是否按预期就位，以及观察到的信号是否足够稳定以满足方案要求。电极接触测量和可接受的阈值取决于设备和机构程序，因此单一数值并非放之四海而皆准。关于放置或设置调整的明确记录有助于解释所得数据中的差异。
排除常见电极放置问题
放置问题可能会表现为接触不良、波形不稳定、噪声过大或通道之间出现预料之外的差异。这些迹象可能源于多个方面，包括连接松动、移动、头发干扰或环境伪迹。当将记录视为一个系统，而不是将每个异常都归咎于单个电极时，故障排除效果最好。
第一步检查是确认电极是否位于计划位置，并与头皮建立了可靠的接触。技术人员还可以按照设备说明检查电缆、连接器以及电极与皮肤的接触面。任何调整都应保持预期的布局，如果必须做出更改，则应予以记录。
一些不规则的活动是生理性的而非技术性的。眼动、肌肉活动和身体移动都会影响头皮记录，而参考电极的选择也会改变通道的外观。区分这些可能性需要注意记录背景和跨通道的模式；单条异常的波形本身并不能确定原因。
通过Emotiv Flex 2和EmotivPRO将10-20电极放置付诸实践
上述原则塑造了实际的设备选择。固定布局的headset会限制您使用单一导联组合，而基于电极帽的系统则允许您使电极布局与您的研究问题相匹配。
Emotiv Flex 2是一款基于电极帽的无线EEG系统，围绕这种灵活性而构建。其电极帽具有74个与标准10-20位置对齐的孔位，您可以在其中任意放置多达32个传感器。两个参考传感器（CMS/DRL）可以放置在任何10-20位置或耳朵上。这使得构建方案所需的额叶、中央或枕叶布局并使用标准电极名称对其进行报告变得非常实用。
Flex 2提供导电胶或盐水传感器，电极帽有多种尺寸以适应不同的头部尺寸。它通过蓝牙5.2以每通道每秒256个采样的速率传输16位数据。
电极帽的尺寸挑选有助于贴合，但它不能取代对鼻根、枕外隆突和耳前点的测量。即使是贴合良好的电极帽，其Cz点仍然需要根据这些标志进行检查。
EmotivPRO支持前面描述的设置和质量控制步骤：
实时接触质量图：在设置时查看每个传感器的状态，然后在记录开始前进行调整。
EEG质量指标：基于信号特征而非单凭接触状态的额外单传感器指示器。
事件标记：对记录进行注释，以将实验事件与诸如眨眼和移动等伪迹区分开来。
开放式导出格式：导出为EDF或CSV格式，以便在EEGLAB和MATLAB等工具中进行分析，支持实验室流层（Lab Streaming Layer）以实现同步工作流。
这些功能共同解决了一些常见的放置挑战。在74个标准孔位中移动多达32个传感器，可让您使导联组合与研究问题相匹配。多种电极帽尺寸支持贴合、一致地适应不同的头部尺寸。接触质量图可实时确认传感器接触情况，标准电极标签会贯穿到导出的数据中，这支持了导联组合的透明报告。
为什么电极放置决定了EEG准确性的上限
每一份脑电图记录的意义都承载于传感器所安置的位置，而该信号的清晰度取决于将头皮与大脑联系起来的几何结构。像10-20系统这样的标准化比例网格使不同诊所之间的记录具有可比性，但其可靠性建立在概率假设之上，而非精确的解剖地图。
这一假设足够强大，可用于日常使用，但又足够近似，要求我们在解读任何单个人头部的信号时保持谦逊。这一核心理念解释了为什么婴儿的电极放置需要独立验证，为什么简化的睡眠阵列只能适用于狭窄的问题，以及为什么客观验证至关重要。
将所有这些发现联系在一起的是一个单一的原则：任何EEG观察的价值都取决于了解它的来源。简化的导联组合对于睡眠分期可能很实用，自动3D扫描可能高精度地确认传感器位置，但两者都不能取代解剖学推理。
综上所述，这些研究表明，精确的传感器放置不是可选的预处理步骤，而是让记录能够被分享、比较和信任的基础。即使EEG硬件变得更加便携和自动化，第一个问题仍应保持不变：这个电极下面是大脑的哪个部分？
参考文献
Homan, R. W. (1988). The 10-20 electrode system and cerebral location. American Journal of EEG Technology, 28(4), 269-279. https\://doi.org/10.1080/00029238.1988.11080272
Acharya, J. N., Hani, A. J., Cheek, J., Thirumala, P., & Tsuchida, T. N. (2016). American clinical neurophysiology society guideline 2: guidelines for standard electrode position nomenclature. The Neurodiagnostic Journal, 56(4), 245-252. https\://doi.org/10.1080/21646821.2016.1245558
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.
常见问题解答
什么是10-20系统，为什么要使用它？
10-20系统是一项国际标准，它利用鼻根和枕外隆突等关键骨性标志之间的比例距离，将EEG电极放置在头皮上。它创建了一个可重复的网格，使来自不同实验室和诊所的记录指代相同的解剖位置。
为什么电极放置的微小偏移至关重要？
一毫米的偏移就会改变对信号有贡献的神经元群体，从而改变看似活跃的大脑区域。精准的放置确保来自电极的数据实际代表预期的皮层区域。
10-20系统依赖于什么关键假设？
该系统假设头皮电极位置与底层脑结构之间存在一致的相关性。这一假设是一个统计模型，而不是精确的解剖规律，因为个体颅骨厚度和皮层折叠存在差异。
10-20系统中的电极名称如何指示位置？
每个名称都编码了脑叶和半球：单数是左，双数是右，“z”代表正中线。例如，P3位于左侧顶叶区域，这能让任何受过训练的读者了解确切的位置。
标准的电极放置可以直接应用于婴儿吗？
不能，婴儿的颅骨比例和大脑发育有所不同，因此成人的10-20系统不能简单地等比例缩小。研究人员已经通过放射学成像验证了专门定制的、电极较少的系统，以使位置与婴儿的大脑结构相匹配。
发际线外电极适合睡眠监测吗？
对于睡眠分期，发际线外放置与标准放置的一致性几乎一样好，这使得它们对于居家或长期睡眠研究非常实用。然而，它们无法提供足够的空间分辨率来检测局灶性尖波或进行精确的源定位。
自动3D扫描如何改善电极放置？
该方法使用头部的3D扫描来识别标志并定位电极位置，而无需MRI。这提供了电极实际所处位置的客观验证，减少了人为测量误差，并提高了对源定位的信赖度。
10-10系统是10-20系统的替代品吗？
10-10系统是延伸，而不是替代，它基于相同的比例逻辑和标志物构建。它增加了AF1/2和PO1/2等中间电极位置，以便在需要时提供更高的空间分辨率。
Emotiv 是一家神经技术领域的领导者，致力于通过易于获取的 EEG 和脑数据工具推动神经科学研究发展。
医疗免责声明：本网站提供的信息仅用于教育和信息参考目的，不作为医疗或健康建议。这些内容可能包含错误，不应作为做出改变生活的健康、医疗或生活方式选择的依据。如果您对医疗状况或治疗有任何疑问，请始终咨询您的医生或其他合格的健康服务提供者。
克里斯蒂安·布尔戈斯
