脑电信号处理总成

一. EEG(脑电图)

1.1 脑波

脑波（英语：brainwave）是指人脑内的神经细胞活动时所产生的电气性摆动。因这种摆动呈现在科学仪器上，看起来就像波动一样，故称之为脑波。用一句话来说明脑波的话，或许可以说它是由脑细胞所产生的生物能源，或者是脑细胞活动的节奏。人类每一秒，不论在做什么，甚至睡觉时，大脑都会不时产生像“电流脉冲”一样的“脑波”。脑波依频率可分为五大类：β波（显意识 14-30HZ）、α波（桥梁意识 8-14HZ）、θ波（潜意识 4-8Hz）及δ波（无意识 4Hz以下）和γ波(专注于某件事 30HZ 以上)等。这些意识的组合，形成了一个人的内外在的行为、情绪及学习上的表现。

1.2 伪迹

1.2.1 眼动伪迹

通常出现在额部，两侧对称性分布，可以以波形特征进行鉴别。
排除的方法包括以下几点：
1).要求受检者消除紧张心理，保持放松状态。
2).令受检者将手指尖轻压自己的眼部上方或眼睑，可以使较高振幅的眼球波得以控制。
3）在眼部附近放置电极，以监测眼动和鉴别眼部与额部慢波的关系。

1.2.2 肌电伪迹

使受检者全身放松，尤其是颈部、下颌。轻轻闭眼、张口、不吞咽、不咬牙等。 单个电极的伪迹，可以通过按摩该电极附近的皮肤和更换电极得以纠正。

1.2.3 运动伪迹

可以要求受检者停止运动，即可以消除运动伪迹。

1.2.4 心电伪迹

1.2.5 血管波伪迹

1.2.6 50Hz和静电干扰

装置屏蔽室是最有效的方法，如果在监护室或手术室进行脑电图描记，应尽可能远离电力线、减少电极线的摆动、容器内液体或其他物体的电荷运动。

1.3 伪迹去除方法

目前处理伪迹的方法主要有： 避免伪迹产生、直接移除法、伪迹消除法。

1.3.1 避免伪迹产生法

避免伪迹产生法(artifact avoidance)指的是在实验前告诉受试者不要眨眼或者做一些可能产生伪迹的动作。该方法在避免伪迹产生起到一定的作用，但有些伪迹比如心电等是不可避免的。

1.3.2 直接移除法

直接移除法(artifact rejection)是指通过观察或者自动识别的方法找出包含伪迹的EEG信号片段，直接删除这些信号。
直接移除法只能去除一些明显的包含有伪迹的信号。而且该方法还有一个缺陷，就是该方法会丢弃大量有用的信号，不利于信号数据比较少的脑电实验。

1.3.3 伪迹消除法

伪迹消除法(artifact removal)是指直接从脑电信号中识别并分离出伪迹信号，它在分离出伪迹信号的同时保留有用的脑电信号，是去伪迹中比较理想的方法。
1)回归法：基于时域或频域的回归方法可以去除与眼活动有关的伪迹，不过该方法的缺点是在去除眼电伪迹的同时，会删除与眼电相关的EEG信号。
2)阈值法：阈值法也可以消除眼电等干扰，其基本思路是丢掉幅度超过正常范围的记录时间段，缺点是相应时段的信息也一同丢掉。

3）时域信号处理方法：时域信号处理包括主成分分析法(PCA)和独立成分分析法(ICA),它们的核心是把EEG信号和伪迹分解到不同的信号成分中区，然后加以消除。经典的ICA算法有：FastICA算法、JADE算法、扩展最大熵算法以及informax算法。