有哪些探测人脑状态的方法 ？
关注“心仪脑”查看更多脑科学知识的分享。
目前对脑机制的研究主要集中在结构和功能两方面，即研究大脑的生理结构和不同大脑皮层区域的生理功能。对大脑活动进行检测的手段主要分为有损和无损两大类。有损检测方式有：生理解剖、植入式电极等，需要专业脑外科医生的参与，且存在较高的手术风险，容易造成术后后遗症，不适用于一般科研任务。有损检测方式需要对大脑进行开颅手术，这样就会对大脑造成损伤。一般的操作是通过外科开颅将电极阵列植入颅内直接记录或刺激大脑神经元，从而实现和外界环境的交互。在颅内神经中枢植入这些微装置，可以更精确地检测大脑的活动来研究大脑机能、治疗脑部疾病、控制外部设备等。
有损检测方式具体可分为：完全植入型和皮层表面电极型。
完全植入型，就是将电极植入大脑。皮层表面电极型则是将电极放在大脑皮层而不是真正植入大脑。比如说，将一个微小的电极放入一位脑瘫患者的大脑运动皮层，从而使患者可以通过思维来操控外界设备，如打开电视机、移动假肢、使用键盘打字、移动鼠标等。
完全植入型和皮层表面电极型相比较，二者都需要进行开颅手术，但皮层表面电极型不需要将电极植入大脑皮层，而是将其放置在大脑皮层表面，这样对神经元的损伤就很小，风险也更低。因此，有损的研究和实施一般都是用在那些需要用大脑皮层电极来实现病灶的精确定位的癫痫患者身上。
目前使用最广泛的是无损检测方式。常见有：脑电图（electroencephalogram, EEG）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）、进红外光谱（functional near inrared spectrum instrument, fNIRS）、脑磁图（magnetoencephalography, MEG）、正电子发射断层显像（position emission tomography, PET）。
1. 脑电图
大脑神经元放电时，透过大脑硬膜、头骨在头皮形成微弱的波动电位，将特殊电极固定在头皮表面可以记录到这些电位的变化，以此可以推断颅内神经元放电情况。在大脑皮层没有接受明显刺激的情况下记录的脑电图被称为自发脑电图。脑的高级功能活动所产生的电信号被称为诱发电位（如，ERP）。这种电位通常比自发电位小，淹没在自发电位中难以观察。采用计算机叠加技术可以将这种信号从自发电位中提取出来，它是由刺激事件引起的实时脑电波形，也是脑机接口（BCI）系统中真正有用的信号。脑电图技术的优点在于：时间分辨率高，可以实时检测神经信号的变化情况。
2. 功能磁共振成像
人脑在内外刺激的作用下，处于功能活动状态，神经活动兴奋性水平提高，局部脑组织血流、血容积及血氧消耗增加。这导致脑激活区静脉中血氧浓度提高，脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁物质，氧合血红蛋白是逆磁物质，将磁性物质的相对增减记录下来，就反映了相关脑区的激活状态。
该技术优点有三：1）没有辐射损伤，通常也不会需要注射任何药剂，所以安全性较高；2）原则上所有自旋不为零的核元素都可以被用来成像，入氢、碳、氮、磷等；3）磁共振的各种参数都可以被用来成像，这使得医疗诊断以及对人体内代谢和功能的研究更方便、有效。
3. 近红外光谱
近红外光谱是指波长为750~2526nm的电磁波，位于可见光及中红外之间。近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。
大脑组织中的血红素主要吸收红外线光，其光特性吸收依赖于它的氧化水平。近红外光谱仪通过捕捉脑组织对两种或多种光谱的吸收特性来测量脑组织的血氧和血流量，最后通过测量输入、输出光波等参数的变化，可以得到脑组织生理参数的相对变化值或者绝对变化值。
还有一种是近红外光谱脑功能成像（fNIRS）。fNIRS脱胎于传统的NIRS，fNIRS最明显的优势是其高生态效度，即在接近自然情境下进行脑成像的能力，比如说，可以研究户外跑步、运动训练等真实环境下的运动功能。
当然fNIRS也存在其局限性：1）只能观测到大脑皮层表面区域，由于存在散射和吸收效应以及安全方面对光强的限制，发射极发出的近红外光仅能到达头皮下1.5cm-2cm。因此fNIRS无法观测到岛叶以及杏仁核、海马、丘脑等皮层下地核团。2）fNIRS成像过程中受到多种噪声影响（例如，头皮中的血氧波动、环境光的串扰等，因此其信噪比明显低于fMRI）。3）fNIRS成像技术本身并不能提供所测量脑区的解剖位置信息，因而很难实现不同研究、实验以及不同脑成像模态之间的结果比较与整合。
4. 脑磁图
在大脑活动中，当神经活动由轴突传至突触时，含有特殊神经递质的突触小泡进入突触间隙。随后，突触小泡内的神经递质与突触后膜的受体结合，导致突触后膜上某些离子通道开放，膜电位发生变化，产生突触后电位。在单位面积皮层中，数千个锥体细胞几乎同时产生神经活动，从而产生集合电流以及电流方向正切的脑磁场，而脑磁图测量的主要就是突触后电位引发的磁场。MEG无需侵入人体头部就能准确定位大脑电磁波产生的部位，但必须在磁屏蔽室内进行，对实验环境要求较高。
5. 正电子发射断层显像
正电子发射断层显像技术可以在分子水平上提供脏器及其病变的功能信息，该技术与放射性核素的衰变有关。注入人体的正电子放射型核素 β+发生衰变产生正电子，它们与人体组织中的电子发生湮灭，产生一对方向相反的 γ 光子，探测器检测这些光子并进一步投影为医学影像。目前PET 已成为肿瘤、心脑疾病诊断与病理研究中不可或缺的方法，但其注入人体的正电子放射素可能会对人体造成轻微损害。
以上是无损检测技术的原理概述和概括性评价。技术原理不同其功能也存在差异。
EEG反映神经系统局部电场的变化，fMRI信号反映神经组织血液中氧浓度的变化，检测主要建立在血氧浓度变化带来的局部磁场属性改变的基础之上；而fNIRS是也测量神经元活动相关的局部血氧浓度变化，其检测主要是建立在血氧浓度变化带来的局部脑组织光学属性（如吸收与散射系数）改变的基础之上，时间分辨率低于EEG，空间分辨率低于fMRI，相当于处二者之间。除此之外，fNIRS对头部和肢体晃动的敏感性远低于fMRI，在实验过程中受试者可以适当地眨眼、说话、运动。这降低了使用过程中的不适感，提高受试者及儿童受试者家长的可接受度。还有，相比于fMRI，fNIRS具有明显的成本优势和更广泛的应用性、便携性和可移动性，还具有良好的兼容性，即可以和fMRI/EEG无干扰地进行同步扫描。此外，fNIRS也可以与TMS等非侵入神经调控技术结合。MEG反映神经系统磁场的变化。这些变化都和神经元放电活动强度有着非线性的耦合关系，但它们毕竟不是神经活动的直接反映，所以不同信号包含的信息各有侧重。若是可以将这些检测进行有效结合使用，不仅可以提高时空分辨率，还能从不同角度对大脑开展研究，实现对大脑状态的实时、多维监测。
以上所述是目前用到并在用的有损和无损检测大脑状态的技术，我们选择哪种技术一般取决研究意图。对于只是将上述提到的检测技术作为研究工具来使用的话，对原理和参数需要知道和了解并且能够正确规范使用即可。
全文完结，整理不易，看不完记得收藏，最后希望点赞支持一下！
了解更多，请关注“心仪脑”公众号！
有哪些探测人脑状态的方法 ？相关推荐
- 手机探测安检门的选择方法
各位网友大家好 今天很高兴博睿勤小编为大家分享一下手机探测安检门的选择方法! 手机探测安检门也叫手机安检门 手机探测门 手机检测门 电子产品金属安检门 电子设备金属安检门 电子设备金属探测门等等各种与 ...
- linux 查看san链路状态,Linux下查看网络状态的方法
当我的设备在机房,懒得去查看网线连接情况:或者设备在远端,没有条件让眼睛亲临现场,我需要在终端查看设备网络接口的物理连接状态.基于此种场景,我就了解了几种关于命令查看网络状态的方法. 1. ifcon ...
- Dws同步mysql数据_数据库技术丨GaussDB(DWS)数据同步状态查看方法
摘要:针对数据同步状态查看方法,GaussDB(DWS)提供了丰富的系统函数.视图.工具等可以直观地对同步进度进行跟踪,尤其是为方便定位人员使用,gs_ctl工具已集合了大部分相关系统函数的调用,可做 ...
- mbsfn子帧_区分小区内子帧状态的方法、装置以及系统_2008100004878_说明书_专利查询_专利网_钻瓜专利网...
技术领域 本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种区分小区内子帧状态的方法.装置以及系统. 背景技术 第三代组织伙伴计划(3GPP,Third Generation Partnership Project ...
- 【转】C#检查键盘大小写锁定状态的方法
转自: 本文实例讲述了C#检查键盘大小写锁定状态的方法.分享给大家供大家参考.具体分析如下: 1.命名空间: 1 using System.Runtime.InteropServices; 2.导入方 ...
- php编写用户登录页面,js+php实现静态页面实时调用用户登陆状态的方法
这篇文章主要介绍了js+php实现静态页面实时调用用户登陆状态的方法,采用在静态页面中使用js调用php页面从而实现用户登录状态的实时调用功能,需要的朋友可以参考下 本文实例讲述了js+php实现静态 ...
- 数据库技术丨GaussDB(DWS)数据同步状态查看方法
摘要:针对数据同步状态查看方法,GaussDB(DWS)提供了丰富的系统函数.视图.工具等可以直观地对同步进度进行跟踪,尤其是为方便定位人员使用,gs_ctl工具已集合了大部分相关系统函数的调用,可做 ...
- Thinkpad 笔记本VMware Workstation 安装虚拟机出现“此主机支持 Intel VT-x，但 Intel VT-x 处于禁用状态”解决方法
Thinkpad 笔记本VMware Workstation 安装虚拟机出现"此主机支持 Intel VT-x,但 Intel VT-x 处于禁用状态"解决方法 参考文章: (1) ...
- 打开 VMware Workstation 14 Pro 中的虚拟机出现 “此主机支持 Intel VT-x，但 Intel VT-x 处于禁用状态” 解决方法
打开 VMware Workstation 14 Pro 中的虚拟机出现 "此主机支持 Intel VT-x,但 Intel VT-x 处于禁用状态" 解决方法 参考文章: (1) ...
最新文章
- 人工神经外网络中为什么ReLu要好过于Tanh和Sigmoid Function？
- 【题解】 HDU 2570 迷瘴
- 好好学python·函数
- 大型网站技术架构小结
- Raspbian安装Opencv3
- 统计单词数（信息学奥赛一本通-T1400）
- Java 8 终于支持 Docker ！
- Gym 101246G Revolutionary Roads
- Zabbix 微信报警Python版（带监控项波动图片）
- XcodeGhost相关的十个问题
- html5 如何播放h264流,html5播放rtsp视频流的方法
- 什么是软件测试中的探索性测试（完整指南）(一)
- 山海经妖兽录服务器维护,山海经九州异兽录不能登录怎么解决
- CCIE--PIM+DMVPN+MSDP
- QT绘图实现橡皮擦效果
- 国赛高教杯使用python/matlab必会基础数学建模-数据处理模块(课程4)
- 5 kyu some egyptian fractions
- coursera课程,coursera课程下载学习
- 数字中国城市巡礼之济宁：以信立本，大数据点亮城市信用招牌
- 小sugar呀____DAY4:总结