2.1.2 脑电信号的特点与分类

脑电信号作为生物电信号的一种，主要有以下特点：

（1）信号微弱，信噪比低。脑电信号的幅值通常以微伏（μV）为单位。在脑电采集过程中不可避免地会引入很多干扰，如工频干扰，肌电、眼电及周围环境中的电磁干扰等，这些干扰一般幅值都较大，为脑电信号的去噪带来了不小的困难。

（2）非线性和非平稳性。脑电信号是一种非线性信号，同时由于影响脑电信号的生理因素很多，且处于不断变化中，使得脑电信号在包含大量的生理和病理信息的同时，又具有较强的非平稳性。

（3）频率特征相对突出。脑电信号具有较强的频率特性，相对于不同类型的脑电波在幅度上的微小差别，它们的频率特性相对更容易分辨。

脑电按照产生机制和特征的不同，可分为自发脑电和诱发脑电两大类。即使没有外界刺激，大脑皮层也会有自发的电活动，其电位也会随时间变化而变化，用电极将这种脑电波形记录下来就是自发脑电。自发脑电的幅值一般较高，通常为10～100μV。自发脑电具有较强的频率特征，其频率范围一般为0～30Hz，可分为δ波（0～3Hz）、θ波（4～7Hz）、α波（8～13Hz）和β波（14～30Hz）。成人在清醒状态下一般没有δ波，它只在睡眠时出现，在深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时也可能会出现。困倦时一般可以看到θ波，它是中枢神经系统抑制状态的表现。α波包括α1（8～10Hz）和α2（11～13Hz）两个频段，α波在清醒、安静、闭目时出现，而在睁眼、思考问题或受到刺激时消失，这一现象称为α波的阻断，一般在大脑皮层枕叶及顶叶后部记录到的α波最为显著，波幅是由小变大又由大变小的梭状模式。β波包括β1（14～20Hz）和β2（21～30Hz）两个频段，安静、闭目时主要出现在额叶，如果被试睁眼视物或听到突然的声响或进行思考时，那么皮层的其他部位也会出现β波，所以β波的出现一般代表大脑皮层兴奋。常见的脑电波形如图2.3所示。另外，人脑中存在许多功能性脑波节律：μ节律，存在于10～20Hz频段，主要位于感觉运动区域；τ节律，存在于8～10Hz频段，主要位于颞叶皮质；σ节律，存在于7～9Hz频段，主要位于感觉区。

图2.3 常见的脑电波形

如果给机体以某种特定的刺激，往往会引起脑电信号的变化，这种变化与外界刺激有直接关系，这种电位称为诱发电位。脑诱发电位广义上可以认为是任意外部刺激或感觉通路的不同部分受到刺激时在脑部引发的电位变化。现在所说的脑诱发电位通常是特指特定刺激所产生的信号通过特定的神经传导通路，在大脑的相应部位所形成的电位信号。相对于自发电位来说，诱发电位幅值通常较小，一般为0.3～20μV，因此诱发脑电常常被埋没在幅度相对较高的自发脑电中而无法识别。

诱发电位从不同的角度可以有不同的分类。根据电极位置与活动神经结构的空间距离，可分为近场电位和远场电位；根据感觉刺激的类型，可分为躯体感觉诱发电位、听觉诱发电位和视觉诱发电位等；根据潜伏期的长短，可分为短潜伏期、中潜伏期和长潜伏期诱发电位；根据电位波形的稳定与完整，可分为稳态诱发电位和瞬态诱发电位。在诱发电位中，有一种与认知功能有关的特殊诱发电位，称为事件相关电位（Event Related Potential，ERP）。关于ERP的介绍详见本书第3章。