腦電圖,腦電波,腦磁圖,科學還是忽悠?

2020-11-25 騰訊網

先說結論吧。

生物電/磁現象是生物功能活動的兩種基本特徵。研究生物電/磁現象能夠無創的了解生物體,為疾病的診斷和治療提供有效的途徑。因此,腦電和腦磁都不是偽科學,但容易像量子力學一樣被人拿來唬人,進而坑蒙拐騙。

腦電(Electroencephalogram, EEG)是由電極記錄下來的大腦細胞群的生物電活動,是由大量神經元同步活動的突觸後電位經總和後形成的,是腦神經細胞的電生理活動在大腦皮層或頭皮表面的總體反映。腦電作為腦科學研究的基礎性手段,被廣泛應用於認知神經科學、臨床實踐和神經工程等領域。

腦磁(Magnetoencephalography,MEG)記錄神經細胞相關帶電離子的前移產生的局部微弱電流所引發微弱磁場的綜合,也是一種無創的神經活動觀測手段,通過超導量子幹涉裝置(SQUID),可精確測量大腦產生的微弱磁信號。由於腦磁圖對人體無侵害,易確定電磁場產生的部位,正越來越多的用於腦科學研究和神經疾病的診斷。

1924年,德國精神學家Berger首次記錄到人腦的電活動,因此被稱為人類腦電圖之父。1936年,美國科學家Davis首次在正常人腦頭表記錄到事件相關電位(ERP),促進了神經電生理學的發展。20世紀60年代以後,計算機技術發展開創了ERP研究的新時代,大量研究致力於對各種認知ERP成分的識別、記錄與分析。

腦磁的研究始於上世紀60年代。1963年,美國科學家Baule和Mcfee用2020萬匝電感線圈測量心臟產生的磁信號,首次記錄到生物磁場。5年後,Cohen基於電感線圈,運用信號疊加技術和超導技術測量了腦的8-12Hz的電路產生的腦磁信號,實現了人腦頭外磁場信號的首次記錄。近年來,一種叫做原子磁力計OPM的新型腦磁圖設備發展起來,這種設備不需要超導器件,造價和成本比SQUID至少低一個數量級,而且可以製成可穿戴式,大大拓展了應用範圍。

在臨床上,腦電既可用於功能性疾病(如癲癇、精神分裂症、帕金森、阿爾茲海默症等)的診斷,也可協助評價療效和判斷預後,在最近十分熱門的腦機接口方面,也得到了應用,比如可以解碼用戶意願,控制外部環境和設備等;腦磁在臨床的應用主要包括顱內手術靶點定位、癲癇病灶定位、腦功能區定位、腦功能損害程度判斷等,相比之下,由於腦磁設備昂貴不易攜帶,必須安裝在特定的磁屏蔽室,且線圈必須用液氦進行冷卻等,在腦機接口中應用較少。

總之,腦電具有時間解析度低、操作簡單、價格便宜、維護費用低等優勢,通過測量細胞外電流,用於探測心理和相關腦活動,但信噪比和空間解析度較低,且存在參考電極問題。在腦電採集過程中,電極需要跟頭皮充分接觸,需藉助生理鹽水或導電膏等增強信號採集質量。

腦磁測量的是細胞內電流產生的正切磁場,時間和空間解析度都較高,對人體無侵害、無接觸、檢測方便,不受顱骨、頭皮軟組織等結構的影響,但是設備造價高、檢查費用高、需要屏蔽室,應用場景受限。

因此,腦電和腦磁這兩種模態的檢測優勢互補,通過互相結合,可以為認知科學研究、神經疾病診斷等提供更準確、更全面的人體生理信息。

由上面的科普也可以看出,即使測量腦電圖也需要專門的儀器設備,而且,真正的科學術語是腦電圖,而不是腦電波,從腦電圖到腦電波,就像量子力學到量子內衣一樣,雜糅忽悠,也可見,那種在教室裡給小學生帶上什麼頭套測量腦電波的是什麼貨色。

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