非侵入式脑信号检测技术通过外部传感器采集大脑活动信号，无需植入设备，具有安全、便捷的特点，广泛应用于科研、医疗和脑机接口领域。以下是主要技术的详细介绍：
1. 脑电图（EEG, Electroencephalography）
- 原理：通过头皮电极记录大脑神经元的电活动（突触后电位），反映群体神经元的同步放电。
- 特点：
- 时间分辨率高（毫秒级），适合研究快速神经活动（如认知任务、癫痫发作）。
- 空间分辨率低（约1-2 cm），受颅骨和头皮对电信号的衰减和扩散影响。
- 便携性强，设备可小型化（如无线EEG头戴设备）。
- 应用：
- 癫痫诊断、睡眠研究、脑机接口（如意念控制轮椅）、认知科学实验。
2. 功能性近红外光谱（fNIRS, functional Near-Infrared Spectroscopy）
- 原理：利用近红外光（650-900 nm）穿透头皮，检测脑血流中氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）的浓度变化，间接反映神经活动。
- 特点：
- 空间分辨率中等（~1 cm），介于EEG和fMRI之间。
- 时间分辨率较低（秒级），受血流动力学响应延迟限制。
- 抗运动干扰强，适合婴幼儿、运动状态研究（如步行、康复训练）。
- 应用：
- 发育心理学（婴儿大脑研究）、运动康复、情绪识别、便携式脑监测。
3. 功能性磁共振成像（fMRI, functional Magnetic Resonance Imaging）
- 原理：通过磁场检测血氧水平依赖（BOLD）信号，反映神经元活动引发的血流变化。
- 特点：
- 空间分辨率高（毫米级），可精确到脑区甚至皮层分层。
- 时间分辨率低（秒级），设备昂贵且需固定姿势（不适用于动态场景）。
- 应用：
- 脑功能图谱绘制、疾病机制研究（如抑郁症、阿尔茨海默症）。
4. 脑磁图（MEG, Magnetoencephalography）
- 原理：检测神经元电活动产生的微弱磁场（不受头皮/颅骨干扰）。
- 特点：
- 时间与空间分辨率俱佳（毫秒级+毫米级），但设备极其昂贵（需超导量子干涉仪和磁屏蔽室）。
- 应用：
- 癫痫灶定位、高级认知功能研究（如语言处理）。
5. 其他新兴技术
- 功能性超声（fUS）：通过超声检测脑血流变化，分辨率高且设备便携，处于实验阶段。
- 光学相干断层扫描（OCT）：利用光干涉成像，研究皮层微结构，尚未普及。
技术对比表
| 技术 | 时间分辨率 | 空间分辨率 | 抗干扰性 | 便携性 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| EEG | 毫秒级 | 低（1-2cm） | 易受干扰 | 高 | 实时脑机接口、癫痫监测 |
| fNIRS | 秒级 | 中（~1cm） | 较强 | 中-高 | 婴幼儿研究、康复训练 |
| fMRI | 秒级 | 高（毫米） | 弱 | 低（需MRI设备） | 脑区功能定位 |
| MEG | 毫秒级 | 高（毫米） | 强 | 低（需屏蔽室） | 认知神经科学研究 |
挑战与未来方向
- 信号噪声：EEG/fNIRS易受运动、环境干扰，需先进算法（如深度学习）降噪。
- 多模态融合：结合EEG（高时间分辨率）与fNIRS/fMRI（高空间分辨率）提升精度。
- 便携化：开发无线、柔性传感器（如石墨烯电极）以提高穿戴舒适度。
- 实时解码：提升脑机接口的实时性，应用于更复杂的控制场景（如外骨骼机器人）。
这些技术各具优势，选择取决于具体需求。例如，临床诊断可能优先选择fMRI或MEG，而消费级脑机接口则倾向EEG/fNIRS。
——本文转自Deep seek