高精度经颅直流电刺激同步兼容（EEG）脑电

2020-04-21

高精度经颅直流电刺激与EEG同步（同位置）实验

作为一种新兴的无创神经调控技术，经颅电刺激有着广阔的前景。但是经颅电刺激是一种阈下刺激，不会有明显的反应，这在一定程度上限制了经颅电刺激技术的推广。脑电技术的使用则让使用者在刺激的同时能够同步监测脑电的变化，直观量化的评估和分析电刺激干预手段对脑功能的影响。此外，通过EEG功率谱的分析还可以识别被试的脑电特征，从而为经颅交流电的刺激方案提供参考依据。来自波士顿大学的RobertM.G.Reinhart等就将EEG和经颅电刺激结合起来，对老年人的工作记忆进行了研究，并将研究结果发表在Nature子刊上。然而，这两种技术的连用需要解决两个问题：物理性兼容和电气性兼容。物理性兼容，指的是在应该有足够的空间可以同时安置电刺激电极和脑电采集电极，并且在保证仪器正常工作的情况下，尽可能多的安放脑电电极；电气性兼容则是指尽**可能的减少电刺激电流对脑电信号的影响。

物理性兼容

高精度经颅电刺激（HD-tES）的出现在一定程度上解决了物理性兼容的问题。传统的经颅电刺激通常使用两个大的垫片（一般为5cm*7cm）向大脑施加电流。这样一来就会损失很多脑电电极位置，不利于数据的收集，高精度经颅电刺激的出现则大大改善了这一状况。不同于传统的两通道电刺激技术，高精度经颅电刺激使用了5个直径小于12mm的小电极来进行刺激输出，在提高电刺激精准度和可控性的同时，降低了对空间的需求。高精度经颅电刺激采用一个中心电极环绕四个周围电极的设计。安放时，一般采用与国际标准脑电相同的电极位置安放。

高精度经颅电刺激物理设计

电气性兼容

在解决了物理性兼容问题之后，还有一个更大的问题亟待解决——电气性兼容问题。对于脑电技术而言，良好的原始信号是无可取代的，后期的信号处理如滤波、独立成分分析（ICA）等虽然也可以获得比较干净的数据，但这些处理手段一方面比较复杂，另一方面也会对真实的脑电信号造成影响。对脑电技术而言，剔除干扰信号的**解永远是在采集过程中**限度的减少干扰带来的影响。劣质的脑电信号轻则会让实验者在投入大量的人力物力后一无所获，重则会误导实验者得出错误的结论。因此，从采集设备和电刺激设备入手是解决问题的选择。目前，市场上主流的脑电品牌的噪音屏蔽技术已经比较完善，因而提高电刺激仪的电器兼容性相对而言是一个经济有效的方式。

目前，市场上已经有一些公司（如美国soterix公司）已经可以做到比较好的噪音屏蔽。

Soterix公司设备与其他商用设备之间的噪声比较

soterix推出HD-tES同步EEG兼容实验方案

目前，高精度经颅电刺激与脑电的兼容存在两种方案：一种方案是将脑电电极与高精度电极分开放置，这种方案较为常见，其优点在于对脑电的影响比较小，且对电极的要求较低；另一种方案则是将脑电电极和电刺激电极安放在同一个位置（目前而言，soterix可以满足您的需求，因为soterix已经推出与主流脑电品牌同步同位置兼容的套件），这样既可以对目标区域进行电刺激，又可以采集该部位的脑电信息；虽然两者重合会造成缩短电极的使用寿命，但soterix高精度经颅电刺激的montage非常灵活，允许使用者按照自己的需求来定制不同的montage，如在标准电极点位旁开孔，然后进行刺激实验。

Soteri与其他品牌脑电同步兼容相关资料

ANT neuro

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与ANT脑电产品联用示意

Soterix可以提与ant neuro 兼容的脑电帽进行实验，由于ant帽子的独特性，脑电的电极点位是固定的，用户可以获取自己理想的montage。

Biosemi

针对Biosemi不同的脑电产品，Soterix提供了三种不同的电极方案：

Mini-stim

如图所示，绿色箭头标注出来的就是Mini-stim高精度电刺激电极，Mini-stim电极与Biosemi Activce 2脑电系统完全兼容，研究者可以用Mini-stim电极来取代原有的脑电电极来获取自己的montage。

Mini-stim电极

Macro-1和Macro-2电极

Macro系列电极允许研究者在将电刺激电极和脑电电极放在同一个位置进行实验。Macro-1和Macro-2的区别在于Macro-2增加了底座的尺寸，从而提高了耐受性，延长了实验时间。

Macro系列电极

Brain product

针对Brain product的产品Soterix同样提供了三种不同的电极设计，**种就是采替换脑电电极，将环形高精度电极放入电极托后安置在脑电帽上。

Brain product替代电极

此外还有GEN系列的混合设计，允许研究者将脑电电极和电刺激电极安放在同一个位置上。

GEN系列混合设计电极