原标题：脑电采集和信号放大器放大 (转载)

1. 脑电信号放大器的特点上海交通大学医学院附属仁济医院功能神经科叶晓来

连续EEG信号放大器用幅值和频率表示

干扰信号放大器：眼电干扰、肌电干扰、工频干扰、环境电磁噪声干扰、基线漂移等。

信号放大器源的内阻大且具有时变性。

工频共模干扰：进行生物電测量时被测体受到电网形成的交流电场作用，会在人体上产生交流电位该电位在体表各部分是相同的，是一个共模干扰

脑电信号放大器放大器的性能要求：

脑电信号放大器放大器的设计考虑：

- 生物电放大器的形式（差分放大器）

- 生物电放大器的增益设置（多级放大）

- 电极电位的考虑：采用卤化银电极，其次采用金或铜电极

? 屏蔽线驱动：抑制共模干扰

?右腿驱动：抑制共模干扰

- 根据信号放大器感兴趣的频段设计滤波器可使用低通滤波器抑制高频，高通滤波器抑制低频（如基线漂移）

- 如果有用信号放大器的频段包括工频时，可采鼡工频陷波器来抑制工频干扰

- 为了提高滤波性能，也可在转换成数字信号放大器以后采用高阶滤波器进行数字滤波

人体意图识别是用粅理手段，通过使用各种传感器系统对人当前所处运动状态的识别。当人处于不同运动状态时人体大脑中被激活的区域和神经信号放夶器的传递方式也不相同。人体意图识别的是对人体中枢神经信号放大器的解读从脑电信号放大器来讲, 是指对脑部功能区域的激活程度囷神经信号放大器的传递进行识别的过程。

信息加工理论将人看做是一个信息处理器在原始信息基础上，通过加工生产出具有高价值含量、方便人再次使用的二次信息Wickens提出的的人体信息加工模型是一种常用的认知模型。

信息加工过程：Wickens模型

Wickens信息加工模型：感觉储存、知覺、决策和反应选择、反应执行、反馈和注意力资源感觉储存实际上是信息获取的阶段，是信息加工的第一阶段；知觉是将感觉信息进荇译码的过程也称为信息处理，是信息加工的第二阶段；决策和反应选择是对处理的信息进行决策的过程属于信息加工的第三阶段；反应执行依据决策作出的计划执行动作，是信息加工的第四阶段

3. 大脑区域与EEG信号放大器

人体大脑平均重量为1400克。通常将大脑分成四个区域：大脑皮层、小脑、脑干、丘脑大脑皮层可分为两个半球，两个半球之间通过胼胝体相互连接每个半球可分成四个脑叶，分别是：湔额、顶骨、枕骨和颞叶

与基于EEG信号放大器的人体意图识别系统关联最大的区域是大脑皮层。大脑皮层负责人体的高级功能如：解决問题、理解语言以及处理复杂的视觉信息。

脑电信号放大器是一种神经元活动产生的电波这种神经元活动就像导电现象一样，带电离子活动在大脑皮层附近的电极位置时会使电极上的金属导电，通过电压表可以记录下任意两个电极之间的电位差

这些电极由小金属片制荿用来导电，电极将皮肤表层的离子电流转换成为电线中的电流由此在皮肤和EEG记录仪器之间形成电接触。为提高信号放大器稳定性电極下面皮肤上的角质层需要被去除，使用电解质凝胶可给皮肤和金属电极之间提供良好电接触

EEG记录中通常都会使用小金属片电极，虽不哃研究中的电极数量不尽相同但电极对的排列却都符合国际10-20电极体系。

国际10-20电极体系

当电极按照10%和20%的电极间距离放置后测量两个特定標志之间的距离。每个电极位置都有一个字母（代表其所在的脑叶）和一个数字或另一个字母（代表半球位置）表示奇数表示在左半球，偶数表示在右半球Z（代表0）表示电极位于中线。这个电极位置系统允许添加更多的电极

EEG时间分辨率很高，达到了毫秒级别甚至更高但EEG空间分辨率非常差。EEG空间分辨率和电极数量相关最好只能达到厘米级别，而脑磁图（MEG）/正电子发射断层扫描（PET）/功能性磁共振成像（fMRI）等技术的空间分辨率是毫米级别

从EEG信号放大器中观察神经网络活动的四个必要条件：

（1）神经元产生的电信号放大器必须沿垂直于夶脑皮层的方向传播；

（2）神经元树突必须平行排列才能使该区域的电信号放大器活动能被检测到；

（3）大量神经元几乎同时产生神经冲動；

（4）每个神经元产生的电信号放大器具有相同的电极。这也意味着绝大多数的神经沟通不能通过EEG观察到

但是，仍有些能被EEG观察的脑電信号放大器特征它们是：

（1）有节奏的大脑活动；

（2）事件相关电位（ERP）；

5. EEG和ERP信号放大器收集后的计算分析

通过滤波和信号放大器叠加技术可从脑电信号放大器中提取ERP。为观测事件发生后EEG信号放大器变化通常会计算EEG信号放大器在事件发生后的ERP值。

假设一组实验中包含k個事件每个事件发生后t时刻的EEG信号放大器可表示为：

其中，s(t)表示脑电原始信号放大器n(t,k)表示噪声，则ERP计算公式如下：

EEG信号放大器的功率譜计算了不同频率下的脑电信号放大器能量分布设m个通道采集到的脑电信号放大器为：

则其N点的采样数据为：

平稳EEG信号放大器的自相关函数为：

对EEG信号放大器的自相关函数进行傅里叶变换即可得到EEG信号放大器的功率谱：

事件相关功率扰动（ERSP）计算了某一时间段内EEG 信号放大器幅值的相对变化。通常包含N个事件的实验中的EEG信号放大器的ERSP计算公式如下所示：

其中Fk(f,t)表示第k次事件发生时频率f的功率估计Fk(f,t)可通过短时傅里叶变换计算得到。