脑电基本概念、原理与经典成分

一、脑电信号是怎么产生的

大脑皮层里有数百亿个神经元。当一大片锥体神经元同时发生突触后电位（神经元接收输入时产生的缓慢电位变化）， 且它们的排列方向大致一致（皮层的沟回结构恰好提供了这种"整齐排列"）时，这些微小的电流会在头皮表面叠加成一个可以测量的电压——这就是脑电（EEG）。

关于脑电，有三个直觉对后续分析非常重要：

• 它反映的是"输入"而不是"输出"：EEG 主要来自突触后电位（神经元接收信号的部分），而不是动作电位（神经元发出信号的部分）。所以脑电反映的是皮层神经元群体在"听什么"，而不完全是"在做什么"。
• 它是数万神经元的合唱，而不是独唱：单个神经元的电位在头皮上根本测不到。EEG 永远是群体活动的总和，这意味着它时间分辨率高（毫秒级），但空间定位能力弱——这正是后面模块 7 溯源分析要解决的问题。
• 电极之间不是独立的：一个电极记录的信号混有周围大片皮层的活动（容积导体效应），模块 6 讲功能连接时会再次遇到它。

二、脑电节律：信号的"五线谱"

如果直接看一段静息态脑电的波形，你会看到杂乱的振荡。但把它做功率谱分析（模块 4 会学）， 会发现能量集中在几个特定的频段上。这些频段就是脑电节律，它们与不同的认知状态关联：

三、伪迹：为什么"干净的原始数据"不存在

伪迹（artifact）是混入脑电记录的非脑源信号。它们不是"采集失误"，而是物理上无法完全避免的—— 眼睛会动、心脏会跳、肌肉会收缩、电网在供电。预处理（模块 2）的主要工作就是识别和去除它们。先认识四位"常客"：

四、ERP：从噪声里"捞"信号的核心思想

大脑对一个事件的电反应（比如看到一张图片）只有几微伏，淹没在几十微伏的自发脑电里，单看一次试次的波形根本找不到。 但研究者发现了一个巧妙的办法——锁时平均：

1. 让被试重复同一实验任务很多次（比如看 100 张同类图片）；
2. 把每次刺激出现的时间点对齐，截取刺激前后一段时间（如 −200ms 到 800ms）；
3. 把这 100 段波形逐点平均。

与事件相关的反应每次锁时出现，方向一致，平均后保留；而自发脑电与刺激无锁时关系，正负随机，平均后趋向于零。 结果就是一条相对干净的波形——事件相关电位（ERP）。

五、经典 ERP 成分的分类框架

ERP 波形上的峰按极性与大致潜伏期命名：N 表示负向（Negative，波形向下），P 表示正向（Positive，向上）， 数字代表潜伏期或序号。例如 P300 = 刺激后约 300ms 的正向波，N170 = 约 170ms 的负向波。 按心理含义，经典成分可分三大类：

六、脑电分析的全景路线图

最后，把整套课程的内容放进一张地图。之后每学一个模块，你都能在这张图上找到自己的位置：

原始数据 (.edf/.bdf/.set)
    │
    ▼
┌──────────────────────────────┐
│ ① 预处理（模块 2）           │  定位电极 → 重参考 → 滤波 → 坏道处理
│    EEGLAB / FieldTrip        │  → ICA 去伪迹 → 分段 & 基线校正
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               │
       ┌───────┴────────┬─────────────┬──────────────┐
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│ ② ERP 时域 │  │ ③ 频域/时频 │ │ ④ 功能连接│ │ ⑤ 溯源    │
│ （模块 3）  │  │ （模块 4）   │ │ （模块 6） │ │ （模块 7） │
│ 平均叠加、  │  │ PSD、STFT、  │ │ 相干、PLV │ │ MNE、BF、  │
│ 指标测量    │  │ 小波        │ │ 网络分析  │ │ sLORETA   │
└─────┬──────┘  └──────┬──────┘ └─────┬─────┘ └─────┬─────┘
      │                │              │             │
      └────────────────┴──────┬───────┴─────────────┘
                             ▼
              ┌──────────────────────────────┐
              │ ⑥ 统计检验（模块 3/5）        │
              │    t 检验、ANOVA、置换检验     │
              └──────────────┬───────────────┘
                             ▼
              ┌──────────────────────────────┐
              │ ⑦ 报告与可视化（全课程贯穿）   │
              │    波形、地形图、时频图、表格   │
              └──────────────────────────────┘

模块 5（FieldTrip）是把②③重新用另一套工具实现，模块 8 的前沿专题（微状态、CFC、ITPC 等） 建立在②③④的基础之上。所以：模块 2 和模块 3 是全课程的地基，值得花最多的时间。