谢宏讲解：大脑生理环境与脑电波频域分析

自发脑电的时域与频域波形是研究脑电图（Electroencephalogram, EEG）信号的基础之一。EEG是一种非侵入性的技术，用于记录大脑皮质表面的电活动，通过监测头皮上放置的电极捕捉到的微弱电信号来理解大脑的功能状态。本篇内容由谢宏主讲，主要涉及大脑的生理环境和结构，以及脑电的产生与测量。 首先，大脑的物理环境包括颅骨、脑膜、脑脊液和血-脑屏障等。颅骨保护大脑，脑膜则分为硬膜、蛛网膜和软膜三层，它们维持着脑内的稳定环境。脑脊液是一种含有电解质和营养物质的液体，对脑细胞提供支持和保护。血-脑屏障和血-脑脊液屏障确保了脑细胞与血液的有效隔离，以保持脑部的微环境平衡。 大脑内部结构上，人类大脑分为左右两个半球，分别负责不同的功能。大脑皮质是灰质的表层，主要负责高级认知功能，如感知、思考和决策。白质则负责连接不同区域的信息传递。间脑、小脑、中脑、脑桥和延髓等构成大脑的其他部分，分别承担着调控内脏功能、运动控制、感觉处理、视觉和自主神经系统等功能。 脑电的产生源于大脑皮质神经元的同步电活动。当大脑活动时，神经元间的突触传递导致局部电位的变化，这些变化通过电极捕捉并转化为可以记录的信号。在时域上，这些信号表现为随时间波动的波形；而在频域中，脑电波被分为五个主要频率范围： 1. θ波（Theta Band, 4-8 Hz）：通常与学习、记忆和放松相关，可能与梦境和冥想状态有关。 2. α波（Alpha Band, 8-12 Hz）：在清醒状态下，当眼睛闭合且注意力放松时产生，象征较低水平的意识活动。 3. β波（Beta Band, 13-30 Hz）：对应较活跃的认知过程，如思考和注意集中。 4. γ波（Gamma Band, 30-100 Hz）：高频率的脑电活动，可能与神经元同步和认知加工紧密相关。 测量脑电时，通常使用电极阵列固定在头皮上，形成一个多导联系统，记录到的信号经过滤波、放大和数字化处理，以便分析。时域波形显示信号的即时变化，而频谱分析则揭示出不同频率成分的强度，从而揭示大脑不同区域的活动模式和神经网络的交互。 理解和分析自发脑电的时域与频域波形对于神经科学研究、临床诊断以及神经反馈治疗等领域都具有重要意义，它为我们洞察大脑功能提供了宝贵的窗口。