在脑电图（EEG）研究领域，选择合适的电极技术对于获取高质量的脑电信号至关重要。今天，我们将带您了解不同电极技术的特点，帮助您为实验选择最合适的方案。
背景
您可能听说过主动电极、被动电极、凝胶电极、干电极和海绵电极等技术。每种技术都有其独特的优势和局限性，适用于不同的实验场景和需求。
在选择EEG电极技术之前，我们需要考虑以下几个问题：
1.信噪比：您是否追求极高的信噪比，还是愿意为了快速、舒适的采集数据牺牲一小部分数据质量？
2.被试群体：您的实验对象是健康成年人、儿童还是病人？
3.数据采集环境：您计划在噪音屏蔽室中进行数据采集，还是在可移动的真实场景中？
4.电极分布：您需要高覆盖率的电极分布，还是仅需要几个电极通道？
5.实验持续时间：您的实验将持续多久？
6.多模态数据采集：您是否计划使用EEG与其他神经调控或监测设备（如fMRI、TMS、fNIRS等）采集多模态数据？
电极阻抗
电极阻抗（Electrode impedance）是衡量电流通过物质难易程度的指标。低阻抗意味着更好的信号质量和更高的信噪比。
为了达到低阻抗，传统方法需要使用磨砂膏或导电膏，这会增加准备时长并降低被试的舒适度。因此，研究人员发展了主动电极技术，它能够在较高阻抗水平下采集高质量的脑电信号。
主动电极技术概述
①替代传统被动电极：通过采用主动电极技术，我们能够显著提高信号的质量和稳定性。
②电气屏蔽技术：在电极头或线缆上实施电气屏蔽技术，有效减少外部电磁干扰，确保信号的纯净度。
③减少线缆移动：通过规划线缆在帽子上的布局，能够最小化线缆位移，从而降低因移动引起的信号干扰。
在传统的被动电极技术中，我们可以将EEG电极（包括其线缆的整个长度）视为一个天线，它可以探测任何类型的电磁活动。在信号到达EEG放大器之前，EEG信号可能会与影响电极头和线缆的电磁噪声混合在一起，最终在EEG放大器处信号被转换和放大（见图1）。
主动电极技术的解决方案，即为电极配备一个小型电子电路，该电路直接在头皮上执行阻抗转换。通过模数转换的方式，在电极端将模拟信号转换为数字信号，通过线缆传导至放大器。这一过程显著降低线缆作为天线接收外界电磁干扰的风险，从而减少“天线效应”。因此，每个电极内部的阻抗转换器可以保证EEG信号的高质量（见图1）。
图1：被动 VS 主动电极技术
接下来将会为您介绍一些其他经典的电极技术，它们囊括了不同的头皮与电极接触方法。
凝胶电极技术
顾名思义，使用凝胶介导头皮与电极之间的联系，该方案可以得到极高的信号质量。凝胶能够确保电极与头皮之间的长时间稳定接触，这对于那些包含大范围移动与长时间的实验是极为友好的。
海绵电极技术
采用湿海绵接触头皮的被动电极，只需提前浸泡十分钟即可使用，阻抗控制在60-100千欧，适合60至90分钟的实验，减少了准备时间并提升了被试舒适度。
干电极技术
无需导电凝胶或盐水，干电极技术以快速设置和卫生便捷为优势。尽管阻抗较高，但通过策略如主动电极技术和电屏蔽，仍能保证良好的信号质量，适用于短时实验和ERPs研究。
图2：Brain Products为不同的电极技术提供了适配解决方案
影响电极技术选择的因素
分析目标的复杂性
- 对于测量经典且容易捕捉的ERP成分（如视觉诱发电位、P300），可以选择准备时间短的干电极或海绵电极技术。
- 对于需要高信号质量的微小ERP成分或微妙现象，推荐使用主动电极或凝胶电极技术。
实验对象
- 成年人可自由选择电极系统。
- 婴幼儿或不耐静止的被试，推荐使用海绵电极。
- 实景记录或神经反馈、脑机接口领域，可考虑干电极。
实验持续时间
- 短时实验（30-45分钟）：选择制备快、易清理的干电极或海绵电极。
- 中等时长实验（60-90分钟）：推荐海绵电极或主动电极。
- 长时实验（90分钟以上）：需用凝胶电极以保持长时间稳定接触。
电极灵活性
- 采用主动电极技术，更方便您的实验选择。
传统的被动电极技术，电极与线缆被固定在帽子的布料中，造成帽子的大小无法调节。如果使用主动电极技术则可以灵活选配不同头围大小的帽子，并且一旦单个电极出现故障，也无需将整个电极束送修。
EEG应用领域的电极技术选择
根据不同的应用场景，选择合适的电极技术至关重要：
运动实验：
- 大幅度运动（如跑步、跳跃）：推荐使用基于凝胶的电极技术，以保持稳定的电极-头皮接触，减少运动引起的伪迹。
- 轻微运动（如驾驶、慢走）：可以考虑使用基于海绵的盐水电极与LiveAmp结合，或CGX Quick系统，这些技术在小幅度运动中也能提供良好的信号质量。
EEG-fMRI：
出于安全考虑，只能使用被动电极技术。为了获得高质量的数据和较宽的频带，BrainCap MR和BrainAmp MR（Plus）放大器是黄金标准。BrainCap MR电极配备了限流电阻器，其电缆在帽子上紧密布线，以避免环路和线缆移动。此外，MR多点式电极环采用C形设计，避免了磁场内的闭合环路，并最小化过热的风险。
如果您的被试是特定人群（如儿童等）或准备时间较短（特别是高通道数情况下），您可以考虑使用基于海绵的盐水电极技术R-Net（MR兼容版本）。这款电极帽采用被动电极技术，每个电极配备限流电阻，且线缆布置整齐。
BrainCap MR和R-Net MR均可以配备碳纤维线圈，它可以帮助提升EEG信号质量，通过离线校正的方式减弱运动和心球伪迹。
EEG-TMS：
在应用经颅磁刺激（TMS）同时记录EEG时，基于凝胶的电极系统是处理刺激伪影的解决方案。主动电极技术能够自由布线且优化数据质量；平坦的电极头，以便TMS线圈靠近头皮放置。如果您想要采用被动电极技术，BrainCap TMS兼容电极帽及其TMS多点式电极（Multitrode）则是您的最佳选择。如果您更倾向于主动电极技术，您可以使用actiCAP slim电极帽，其电极被直接固定在帽子布料中（不包含actiCAP电极底座，高度约6mm），同时线缆可以自由布置。
图3：不同电极头厚度对比
刺激前后测量：
对于非同时进行的EEG和刺激治疗，快速且易于设置的系统（如CGX Quick系统、actiCAP Xpress Twist或基于海绵的盐水电极）更为合适。这种系统不需要被试洗头，并且允许直接重复使用电极。
同时进行的EEG-fNIRS：
这种技术主要与基于凝胶的电极系统一起使用。同时进行EEG-fNIRS测量的最佳选项是actiCAP slim/snap，因为它提供了高度的灵活性，可以在fNIRS系统的光极和传感器之间不同位置放置EEG电极。或者，如果您需要使用被动电极技术，也可以为您提供定制解决方案。
同时进行的EEG-MEG：
对于同时进行EEG和MEG记录，BrainCap MEG的去磁电极（MEG Multitrodes）与BrainAmp MR（Plus）放大器结合使用，可以提供高质量的数据。在这个帽子上，电缆以捆绑、扁平的方式布线，您可以使用一种特殊的非磁性凝胶，以最小化对MEG信号的任何干扰。
结语
本文旨在帮助您根据研究需求挑选最合适的电极技术。不同的研究场景对电极技术有着不同的要求，而某些应用可能允许更多的灵活性。在做出选择时，请权衡各项因素的影响以及您的个人偏好和经验。这些考量将助您找到最能满足您研究需求的电极技术。
