关键事实
- 汉斯·伯格(Hans Berger)于1924年记录了首个人类脑电图
- 脑电图通过16-25个头皮电极记录电活动
- 脑波中的局灶性"减慢"可能指示肿瘤或病灶
- 患者必须在测试前8-12小时避免摄入咖啡因
- 脑机接口(BCIs)将脑电图信号转化为控制机械肢体的指令
脑电的建筑师：大脑如何广播信号
人类大脑是一个生物发电厂。每一个思想、动作和心跳最初都是神经元之间释放的微小电脉冲。当数十亿个细胞同步放电时，它们产生的电场足够强大，能够穿透颅骨被检测到。
脑电图(EEG)是拦截和记录这些信号的主要工具。这项技术最初由德国精神病学家汉斯·伯格(Hans Berger)于1924年开发，已从科学好奇演变为神经学诊断的基石。
脑电图的基本原理是被动监听。与CT扫描或X光不同，后者向体内发射辐射，而脑电图只是记录大脑已经产生的电活动。称为电极的小金属盘被放置在头皮上充当天线。
这些传感器检测脑内神经元离子电流导致的电压波动。所产生的数据显示为监视器上的波浪线，或称脑波，创建了大脑功能的实时地图。这张地图使临床医生能够"看到"与癫痫相关的不可见电风暴，或中风或肿瘤造成的静默。
脑电图测试的谱系：从常规到动态监测
临床实践依赖于各种形式的脑电图测试来捕捉神经活动的不同方面。最常见的程序是常规脑电图，这是一种通常持续20至40分钟的抽查。该测试记录患者放松时的大脑活动。为了提高诊断效果，技术人员通常会采用激活程序。
这些可能包括光刺激（闪光）或过度换气以诱发癫痫发作或其他异常。在某些情况下，需要睡眠剥夺。指示患者在测试前一夜保持清醒可能会使大脑承受足够压力，以揭示休息良好大脑可能隐藏的癫痫样异常。
然而，即使是患有真正脑部疾病的患者，标准常规脑电图也可能显示为正常。由于癫痫活动是间歇性的，短时间记录可能会完全错过事件。当需要更长的观察窗口时，神经学家会使用动态脑电图记录。这种方法允许患者在家佩戴便携式记录机数天。它有效地跟踪日常活动和睡眠周期中的大脑活动，以捕捉难以捉摸的异常。
对于更复杂的情况，癫痫监测单元(EMU)提供了诊断的黄金标准。在这里，患者接受几天的视频脑电图监测。这种延长的脑电图将连续的脑电图数据与视频画面相结合，使医生能够将特定电事件与身体行为相关联。当区分真正的癫痫发作和其他脑部疾病（如心因性非癫痫性事件或睡眠障碍）时，这一点尤为重要。
准备与流程：患者体验
脑电图的准确性在很大程度上取决于患者准备。电极必须与头皮保持清洁连接，以区分微弱的脑信号和背景噪声。协议通常要求患者在前一天晚上彻底洗头，并严格避免护发素、凝胶或喷雾，因为这些产品会在头皮上形成屏障，阻碍电信号。
饮食限制也起着关键作用。咖啡因是一种兴奋剂，会改变脑波模式并引起肌肉紧张，这可能在数据中产生"伪迹"或错误读数。因此，患者被指示在程序前8至12小时内避免摄入咖啡因。然而，禁食是不鼓励的；低血糖会导致其自身的脑波异常，因此建议正常进餐。
在程序期间，技术人员测量头部并在特定位置放置16至25个电极，通常使用粘性糊剂或帽。测试通常持续45分钟至两小时。在某些情况下，为了诱发特定异常，技术人员可能会要求患者深呼吸（过度换气）或看闪光灯（光刺激）。对于更难以捉摸的状况，动态脑电图允许在患者进行日常生活时监测24小时。
硬件演进：干式脑电图电极与记录
脑电图测量背后的机器已取得显著进步。标准脑电图机器将微小电信号放大数千倍以便分析。设置通常涉及多个脑电图通道，每个通道代表两个输入之间的电压差。精确的电极放置由国际10-20系统规定，该系统使用参考电极以确保不同患者和实验室之间的一致性。
传统上，头皮脑电图需要使用研磨性糊剂来降低阻抗，这可能导致皮肤刺激和漫长的清理时间。最近的创新引入了干式脑电图电极。这些传感器利用多针形状或导电聚合物与皮肤接触而无需凝胶。虽然干式脑电图电极提供更快的应用时间，但传统的"湿式"电极仍然是神经学临床记录的高标准。
与MRI等高级成像技术不同，后者使用强磁场对脑结构进行成像，脑电图只关注功能和时间。它捕捉脑细胞如何在毫秒内进行通信。对于面临脑部手术的患者，外科医生可能需要比头皮允许的更精确的定位。在这种情况下，深度电极被外科手术直接插入脑组织，以在没有颅骨干扰的情况下精确定位电脉冲的起源。
脑波的罗塞塔石碑：解读信号
标准脑电图记录会产生数百屏数据。神经学家分析这些波形以识别与正常情况的偏差。脑波按其频率分类，即它们重复的速度。
- α波和β波：这些是在健康、清醒大脑中看到的快速节律。
- δ波和θ波：这些是慢速节律。虽然在睡眠期间正常，但它们在清醒成人中的存在通常表明病理。
异常的具体位置为潜在问题提供线索。整个大脑的"普遍减慢"可能表明弥漫性问题，如代谢紊乱或药物效应。相比之下，"局灶性减慢"（仅在一个区域的慢波）通常指向结构性病变，如肿瘤、中风或局部损伤。
详细分析通常寻找特定的健康标志。例如，枕部主导节律——通常在闭眼时在头部后部看到的强α节律——表明健康、清醒的大脑。相反，特定的瞬态特征如睡眠纺锤体标志着进入较轻睡眠阶段的过渡。
对于癫痫，脑电图是诊断的黄金标准。它检测"发作间放电"，即即使患者没有癫痫发作时也会发生的尖波或棘波。这些电火花揭示了"癫痫发作焦点"的位置，即癫痫发作起始的特定大脑位置。这些信息对于确定药物策略或规划手术干预至关重要。
重症监护：重症监护室与昏迷患者
脑电图在重症监护室(ICU)的高风险环境中具有广泛用途。连续脑电图监测已成为管理昏迷患者或从心脏骤停中恢复的患者的关键工具。在这些情况下，患者无法表达痛苦。脑电图充当大脑的声音，揭示显示电活动但无明显抽搐的"亚临床"癫痫发作。如果不治疗，这种癫痫活动可能会造成永久性损伤。
当患者被置于药物诱导的昏迷以控制难治性颅内压时，医生还使用连续脑电图监测镇静深度。此外，脑电图监测有助于区分代谢性脑病（由器官衰竭或化学失衡引起的意识模糊）和头部损伤或脑肿瘤引起的结构性损伤。在最严重的情况下，没有任何记录的电活动或血流反应有助于确认脑死亡的诊断。
除了自发活动外，临床医生还使用诱发电位和事件相关电位来测试特定神经通路的完整性。通过刺激手臂神经或显示视觉图案，医生可以测量脑细胞接收和处理信号的速度。这些电脉冲的延迟可以在扫描显示之前很久就精确定位脊髓或脑干的损伤。
前沿：脑机接口与康复
脑电图的效用已从诊断扩展到主动康复领域。新研究利用这些电信号构建脑机接口(BCIs)。这些系统解码大脑的"运动意图"并将其转化为数字命令。
对于脊髓损伤或瘫痪患者，大脑和肌肉之间的连接被中断，但大脑通常仍能够产生运动命令。脑机接口在头皮拦截此命令。算法分析脑电图信号以确定用户是否打算移动手或行走。然后将此信号路由到计算机光标、机械臂或功能性电刺激系统，该系统激活患者自己的肌肉。
最近的临床试验表明，患者可以使用这些非侵入性系统恢复一定程度的独立性。通过简单地想象一个动作，患者可以控制屏幕上的光标或触发设备来抓取物体。这项技术代表了从观察大脑到与大脑合作的转变，为在灾难性损伤后恢复功能提供了新的希望。
结语
人类脑电图仍然是现代医学中最通用的工具之一。从睡眠障碍的常规筛查到重症监护室的高压环境，其实时记录大脑活动的能力提供了静态图像无法比拟的见解。
随着技术的发展，从湿式糊剂到干式脑电图电极，从简单诊断到复杂脑部疾病管理，脑电图将继续照亮大脑电活动的复杂工作机制。它证明了倾听大脑安静而富有电性的语言的力量。
参考文献
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