4.1 脑电源定位概述

传统上，对脑电的分析多集中在时域或频域上，如何提取脑电空间特征中的信息以进行脑的研究是近二十余年发展起来的一个重要方向。对脑电进行空间分析的最早也是最简单的形式是脑电地形图，这是一种集中表达大脑电生理信息的图形技术，主要突出了空间分布信息，但其所反映的内容是有限的，并且比较粗糙。空间分析的其他形式有电流源密度法、多道EEG的相互关系及脑电空间波产生与传播的数理模型等。而为了从脑电信息中提取出更为精确的神经活动源的空间信息，就要进行建立在求解脑电逆问题基础上的空间分析技术的研究。

脑电信号的起源是由一群紧密排列的神经元的电活动引起的，突触后电位对应的电流可以看作EEG信号的主要源。如图4.1所示，脑内信号强度为Q的神经细胞群的电生理活动所产生的电流J_φ可在头皮表面产生电位差Φ，头皮EEG信号就是由一组电极所记录到的电位差；并且J_φ在流动时还会在其周围产生磁场B，该磁场穿过头颅内各组织而到达头部之外，这就是所谓的脑磁（MEG）信号。临床上记录脑电信号的脑电图机，根据其电极数不同，一般有8导、16导和32导等，这种传统的电极配置一般只能从整个大脑皮层的水平来解释其内在机制，这对检测大致的病理信号是可行的，但对研究大脑的认知功能来说是不够的。目前世界上已有许多实验室成功开发了100导以上的EEG采集系统，最多的可以用256个测量电极同时描记，电极之间的平均距离只有2.2cm左右。人们把测量到的信号进行处理与分析，从而观察研究人脑的功能。

从系统的观点看，可以将脑内m个电兴奋源P=[p₁p₂…p_m]T与n个头皮电位信号Φ=[φ₁φ₂…φ_n]T的关系简化为一个传递系统。对脑电正问题的研究，就是由给定的源及反映颅脑系统固有特性的传递函数矩阵G的情况下，求解头皮表面电位的分布。若n个测量点处的噪声为N=[n₁n₂…n_n]T，则t时刻的脑电场方程为

而脑电逆问题的研究，是由测量到的电位分布及传递函数的逆，反演脑内神经源的电活动的分布及其特性。显然，比正问题更具现实意义的是对逆问题的求解。

从系统的观点看，可以将脑内解，它可以无创伤地从头皮观测电位反向获得人脑神经活动源的信息，从而进行病理、生理、心理和认知方面的功能分析。可以说脑电诊断的实质就是一种逆问题的求解过程，使得最终推断出人脑的状态。