脑电参考之平均参考

这篇文章在2019年5月30号，就已经写了发布在了我的知乎专栏了，今天拿出来和零参考技术放一起，仅供参考阅读。https://zhuanlan.zhihu.com/p/67481145

在脑电实验中，记录的指标是电压值。我们理应知道，两点之间才能形成电势差即电压，所以，其实在脑电记录时，其实是两个电极间的差值。在最开始的记录中，除了贴在大脑部位的单个电极外，就应该还有一个参考电极。在我们日常的电子电路中，我们通常会选择大地作为参考，所以，它记录的电压就是其两者的电压差。当然，在我们的脑电设备中也可以以大地作为参考点，但是，这样记录下来的脑电信号则是由我们的头皮上信号和大地的差值，这里面就记录到了由我们身体的其它部位产生的电位信号，这样一来就不能说是测量的大脑产生的电压信号，更严重的接上市电的设备，因为与大地相连，还有可能产生触电的危险，所以为了避免上述情况，市场上厂商就在放大器电路上建立了一个虚拟地电极，但是建立的虚拟地电极也不是绝对的零电位点，在测量信号时，这个虚拟的地电极也会产生噪声信号，这个信号就是影响到测量的数据。所以为了更精确采集到数据，于是就引用的另一个电极做为参考点。所以，现在市场上的脑电放大器均是采用的差动放大器。不知道你有没有明白，我们就通过数学公式进行线性的变换就知道，假设GND的电压A，ref的电压B，单个电极的电压C，所以我们在记录的数据就应该是，（C-A）-（B-A）= C-B ，所以我们其实记录的数据时测量的单个电极与参考电极的差值。这样我们就消除了GND电极带来的信号干扰。

参考电极的选择

理想状态下的选择是，我们需要一个绝对的零电位点拿来作为EEG Reference。但这是在实际测量中是不可能的事情，会存在一个问题是在于头部（或人体）上没有哪个位置是随时间进程稳定不变的，身体上任何给定点的电位总是在不断变化......如果我们要用它来测量其他电极的变化，真正的参考值必须有一个固定的值甚至于是零值。

所以在目前的研究中选择的参考点很多，（双侧耳垂或乳突、前额中心电极、鼻尖、下颚、非头部的胸椎、踝关节和膝盖等），不同的参考点对数据是存在一定的误差的，可以参考上面的文章参考的选择与转换。

在这里，我将详细说说平均参考的选择。

为什么把平均参考拿出来单独说？这是因为这可能是最接近固有（零）值的方法，平均参考的方法是消除原有参考电极变化所造成的误差影响，将所有电极信号进行总和平均获得一个固有值。

我们可以想象一下，将头部当做一个球体，在头部的中央放置一个偶极子（即放电源），这样在头部全部放上电极来进行信号采集，然后将采集下来的数据进行总和，理论上这样获取的值应该是零值。这样的话，所有的电极就不会受到其它电极的影响。

当然，这是一种理想状态下的情况，就目前的脑电电极来说，电极数目过少就达不到这样的情况，但是在电极点数目足够多的情况下，建议还是使用平均参考为最佳的选择。

平均参考为什么没有普及？

这是受当前文献的约束，在以往的研究中，更多的是乳突参考比较多，所以造成了一个固定的思维，乳突的参考才是正确的参考，其实不然，若能找到绝对的零值，这是我们最理想的参考点。在当前的脑电的设备中，会有越来越多的人来使用高导联来采集数据，这就是为了找到更合适的参考点。