1. 什么是脑电？
医学中有很多长单词，脑电英文是EEG，全称Electroencephalography。科学家发现人的意识主宰是大脑，大脑通过神经系统来控制身体行动，而神经系统的数据通信采用电子信号。
历史
1753年，意大利城市博洛尼亚的马克-卡尔达尼切除了一只青蛙的两条后腿，然后用一根带电的棒接触蛙腿，发现小腿肌肉发生运动。同时期还有很多人做过类似实验，最后人们提出一个疑问：”动物是否和光或电物质具有类似的属性？”
1757年，法国探险家米歇尔 阿当松发现，塞内加尔有一种淡水鲇鱼可以放电来捕食，这看上去更是证明了动物精气和电密切相关。人也不例外。
1905年，德国神经学家汉斯·伯格在研究猪脑时，观察到了脑电图的存在。
1924年，汉斯·伯格发明第1个脑电图仪器，称为"Elektrenkephalogramm"。
1929年， 汉斯·伯格在一篇关于脑电图的论文中，描述了他记录到的脑电波，并将它们分为不同的频率带，如α波、β波、θ波和δ波。
所以汉斯·伯格被称为"脑电图之父"，促进了对大脑活动的研究和理解，开创了神经科学领域的新时代。
2. 大脑分区
最早西方外科医生通过解剖大脑并结合脑部疾病患者的病情，发现大脑不同部位存在不同的分工，每个分区时时刻刻都在发送电信号，通过几百年来的不断修正最终如下划分：
2.1 解剖分区
（1）额叶（Frontal Lobe）：控制思维、规划、执行运动和情感控制。
（2）顶叶（Parietal Lobe）：负责感觉信息的处理，包括触觉、压力、温度和疼痛。
（3）颞(发音同聂)叶（Temporal Lobe）：主要参与听觉、记忆和情绪等。
（4）枕叶（Occipital Lobe）：负责视觉信息的处理和解释。
（5）大脑皮层（Cerebral Cortex）：是大脑最外层的灰质区域，包含了以上各个叶的功能区域，参与了高级认知功能、运动控制、感觉处理和情绪调节等。
2.2 颅相学
出于每个分区的功能不同，18世纪的西方发展出颅相学：通过测量头颅各个部位的大小、形状、突起和沟槽等特征来推断一个人的性格、智力和能力。甚至制作面相图谱，对人进行性格和能力的推断。他们的归纳如下：
（1）小脑大
- 表示个体的观察力、计算能力和数学才能较强。
（2）前额突出
- 前额突出的人被认为具有领导才能、组织能力和决策能力。
（3）枕部凸起
- 枕部凸起的人被认为具有艺术才能、感知力和情感丰富。
（4）颞部凸起
- 颞部凸起的人被认为具有语言能力、交际能力和社交技巧。
（5）额头宽阔
- 额头宽阔的人被认为具有较高的智力、分析能力和判断力。
中国人也有天庭饱满、地阁方圆的面相学，喜欢预示着聪明的大脑袋，那些抱着婴儿踱步的父母，看见大脑袋也会凭添许多新的希冀。
颅相学容易引发人种论，也遭过拿破仑的嗤之以鼻，直到20世纪，现代科学才证明了虽然大脑的分区各有侧重，但是分区部位的大小和个体智力之间并没有直接联系。
3. 脑电分类
自从汉斯·伯格发明监测脑电图的仪器后，科学家们陆续发现了很多种不同频率的脑电信号，即便睡梦中大脑仍然发射脑电波，但是频率的范围不同，这里的频率通常也称为节律。
现代城市职业大多脑力劳动，那些前途光明、竞争激烈行业的人们，工作时间里注意力高度集中、脑电波16Hz以上，同时在外界和内部的压力下，难免存在不顺、催促、委屈、争执，久而久之造成神经系统的紊乱。日本人春山茂雄在《脑内革命》书中提出每人每天若少于3小时的α波放松时光，神经系统持续高频放电，会出现紧张、烦躁、焦虑和失眠，陷入亚健康，甚至抑郁。冥想是帮助大脑发射α波、分泌内咖肽的一项运动，对于脑力劳动者非常有益。
4. 神经系统
4.1 神经元
神经细胞简称神经元，是组成神经系统的基本单位，负责接收、处理和发送神经信号，神经元之间通过突触连接起来，形成了神经网络，是大脑、脊髓的组成基础。
每个神经元由如下部分组成：
- 细胞质（Cytoplasm）：神经元内部的液体基质，包含了各种细胞器和溶质，参与了细胞内部的代谢和生物化学反应。
- 细胞核（Nucleus）：神经元内的控制中心，包含了遗传物质DNA，并负责调控细胞的生物合成和基因表达。
- 细胞膜（Cell Membrane）：神经元的外层边界，由脂质双层构成，负责维持细胞内外的分隔和交换物质的通道。
- 神经元突触（Neuronal Synapses）：突触是神经元之间通过神经递质传递信号的地方。
- 神经元的输入称为树突，输出称为轴突
神经元广泛分布于身体的各个部位，包括大脑、脊柱、皮肤、肌肉，以及心脏等内脏器官。人体中的神经元数量巨大，据估计约在数百亿。这些神经元的大小和形状各异，通常直径在几微米到几百微米之间，1微米=1米的百万分之一。神经元的体积和面积因类型和功能也不同，大多数神经元的体积在10至100立方微米之间，表面积约为1000至20000平方微米。
神经元的生存依赖于细胞内外环境和营养。它们需要维持适当的细胞膜电位、细胞内离子平衡和营养物质的供应。神经元的活动需要消耗能量，并且需要及时的氧气和营养物质供应。因此，神经元生存的关键在于良好的血液循环、细胞内外环境的稳定和充足的营养供应。
4.2 神经递质
神经递质是一种化学物质，主要存在于神经元之间的突触间隙中，并参与神经信号的传递。神经递质通过神经元释放到突触间隙，并与受体结合，从而引发下一神经元的兴奋或抑制反应，实现神经信号的传递。
神经递质在神经系统中扮演着至关重要的角色，影响着人体的感知、认知、情绪、运动控制等各个方面。不同的神经递质在神经系统中拥有不同的功能，常见的神经递质包括：
（1）乙酰胆碱（Acetylcholine，ACh，分子式CH3COOCH2CH2N+（CH3）3）：在中枢神经系统中参与学习、记忆和注意力等认知功能，同时在周围神经系统中参与运动控制。
（2）多巴胺（Dopamine，DA，分子式C8H11NO2）：主要参与奖赏和动机行为、情绪调节、运动控制等功能，与成瘾行为、抑郁症等疾病有关。
（3）谷氨酸（Glutamate，分子式C₅H₉NO₄）：是大脑中的主要兴奋性神经递质，参与神经元之间的兴奋传递，对学习、记忆等认知功能具有重要作用。
（4）γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid，GABA，分子式C4H9NO2）：是大脑中的主要抑制性神经递质，调节神经元的兴奋性，参与情绪调节、焦虑和抑郁等功能。
（5）去甲肾上腺素（Norepinephrine，NE）和肾上腺素（Epinephrine，E，分子式C9H13NO3）：参与调节身体的应激反应、情绪状态和注意力等功能，与情绪调节、注意力缺陷症等有关。
除以上几种常见的神经递质外，还有其他种类在神经系统中发挥着重要作用，不同的神经递质系统之间相互作用，共同调节着人体的生理和行为。
有些药物含有肾上腺素，催促心脏不要罢工，用于急救心脏骤停。同时人在发脾气的时候也会频繁分泌肾上腺素，这会人为引起高血压、心跳加速，还会干扰神经系统的信号传递，导致做出不理性的言行。
4.3 神经系统的通信
神经细胞之间通过突触来连接，突触是神经元之间传递神经信号的重要结构。当一个神经元接收到足够的刺激时，就会产生电信号，通过轴突将信号传递到其他神经元或靶组织，从而实现神经信号的传递和处理。
神经系统的通信原理涉及到神经元之间的电信号传递和突触传递过程，其中各种离子在不同阶段发挥着重要作用：
4.3.1. 神经元兴奋性产生阶段
- 钠离子（Na+）：当神经元受到刺激时，细胞膜上的钠离子通道打开，使得钠离子从细胞外进入细胞内部。这个过程导致细胞内部的电位变为正值，称为动作电位的上升阶段。
- 钾离子（K+）：在动作电位的上升阶段，钾离子通道开始打开，使得钾离子从细胞内部流出。这个过程称为动作电位的复极阶段，使细胞内部电位逐渐恢复到静息状态。
4.3.2. 动作电位传导阶段
- 钠离子（Na+）和钾离子（K+）：在动作电位传导过程中，钠离子通道的开放使得钠离子从细胞外流入，而钾离子通道的开放使得钾离子从细胞内流出。这种离子流动产生了沿神经元轴突的电信号传导，使动作电位能够迅速传播。
4.3.3. 突触传递阶段
- 钙离子（Ca2+）：当动作电位到达神经元轴突末端时，细胞膜上的钙离子通道打开，使得钙离子从细胞外流入细胞内。这个过程导致了突触前神经元轴突末端的神经递质释放到突触间隙。
- 神经递质（例如谷氨酸、GABA等）：神经递质是一种化学物质，通过突触间隙传递信号。当神经递质释放到突触间隙时，它会扩散到相邻神经元的受体上，引发离子通道的开放或关闭，从而产生细胞膜电位变化。
4.3.4. 电信号传导
在突触区域，神经递质与受体结合会导致钠离子通道的打开，使细胞内部电位变为正值，从而产生兴奋性的电信号。这个电信号会在神经元的细胞膜上迅速传播，并最终到达神经元的轴突末端，再次释放神经递质，完成信号传递。
这些离子和神经递质的作用协同完成了神经系统中信息的传递和处理。动作电位的产生和传导依赖于离子通道的开放和关闭，而突触传递依赖于神经递质的释放和受体的结合。这种电化学过程使得神经元能够实现快速而精确的信号传递，从而调节和控制人体的各种生理功能。
5. 用途
由于脑电图(EEG)可以反映大脑神经系统的状态，所以通过头皮附加电极和开颅植入电极的方式来采集EEG，就有广泛的用途和意义：
5.1. 临床诊断：EEG常用于临床诊断中，可以帮助医生检测和诊断多种脑部疾病和神经系统紊乱，如癫痫、睡眠障碍、脑血管疾病、脑损伤等。通过观察EEG图谱的变化，医生可以判断患者的脑电活动是否正常，从而进行诊断、定位病灶位置和治疗。
5.2. 癫痫监测和诊断：EEG是诊断癫痫的主要工具之一，它可以记录癫痫发作时大脑的异常电活动，帮助医生确定癫痫的类型、频率和发作模式，从而制定合适的治疗方案。
5.3. 睡眠研究：EEG常用于睡眠研究中，可以记录和分析睡眠过程中大脑电活动的变化，了解睡眠的不同阶段和睡眠障碍的发生机制，为睡眠障碍的诊断和治疗提供依据。
5.4. 神经科学研究：EEG在神经科学研究中也有广泛的应用，可以用于探究大脑功能、认知过程、感知、抑郁症和情绪等方面的基本原理和机制，为神经科学研究提供重要的生理学指标和数据。
5.5. 脑机接口技术：EEG还可以应用于脑机接口（BCI）技术中，通过记录和分析大脑电活动，实现人脑与计算机或外部设备的直接通信和控制，为神经系统损坏的残疾人士提供全新的康复手段。中国的博睿康团队和美国Neuralink团队都有成功的植入案例。