非侵入式腦信號檢測技術通過外部感測器採集大腦活動信號，無需植入設備，具有安全、便捷的特點，廣泛應用於科研、醫療和腦機介面領域。以下是主要技術的詳細介紹：
1. 腦電圖（EEG, Electroencephalography）
- 原理：通過頭皮電極記錄大腦神經元的電活動（突觸後電位），反映群體神經元的同步放電。
- 特點：
- 時間解析度高（毫秒級），適合研究快速神經活動（如認知任務、癲癇發作）。
- 空間解析度低（約1-2 cm），受顱骨和頭皮對電信號的衰減和擴散影響。
- 便攜性強，設備可小型化（如無線EEG頭戴設備）。
- 應用：
- 癲癇診斷、睡眠研究、腦機介面（如意念控制輪椅）、認知科學實驗。
2. 功能性近紅外光譜（fNIRS, functional Near-Infrared Spectroscopy）
- 原理：利用近紅外光（650-900 nm）穿透頭皮，檢測腦血流中氧合血紅蛋白（HbO）和脫氧血紅蛋白（HbR）的濃度變化，間接反映神經活動。
- 特點：
- 空間解析度中等（~1 cm），介於EEG和fMRI之間。
- 時間解析度較低（秒級），受血流動力學響應延遲限制。
- 抗運動干擾強，適合嬰幼兒、運動狀態研究（如步行、康復訓練）。
- 應用：
- 發育心理學（嬰兒大腦研究）、運動康復、情緒識別、攜帶型腦監測。
3. 功能性磁共振成像（fMRI, functional Magnetic Resonance Imaging）
- 原理：通過磁場檢測血氧水平依賴（BOLD）信號，反映神經元活動引發的血流變化。
- 特點：
- 空間解析度高（毫米級），可精確到腦區甚至皮層分層。
- 時間解析度低（秒級），設備昂貴且需固定姿勢（不適用於動態場景）。
- 應用：
- 腦功能圖譜繪製、疾病機制研究（如抑鬱症、阿爾茨海默症）。
4. 腦磁圖（MEG, Magnetoencephalography）
- 原理：檢測神經元電活動產生的微弱磁場（不受頭皮/顱骨幹擾）。
- 特點：
- 時間與空間解析度俱佳（毫秒級+毫米級），但設備極其昂貴（需超導量子干涉儀和磁屏蔽室）。
- 應用：
- 癲癇灶定位、高級認知功能研究（如語言處理）。
5. 其他新興技術
- 功能性超聲（fUS）：通過超聲檢測腦血流變化，解析度高且設備便攜，處於實驗階段。
- 光學相干斷層掃描（OCT）：利用光干涉成像，研究皮層微結構，尚未普及。
技術對比表
| 技術 | 時間解析度 | 空間解析度 | 抗干擾性 | 便攜性 | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| EEG | 毫秒級 | 低（1-2cm） | 易受干擾 | 高 | 實時腦機介面、癲癇監測 |
| fNIRS | 秒級 | 中（~1cm） | 較強 | 中-高 | 嬰幼兒研究、康復訓練 |
| fMRI | 秒級 | 高（毫米） | 弱 | 低（需MRI設備） | 腦區功能定位 |
| MEG | 毫秒級 | 高（毫米） | 強 | 低（需屏蔽室） | 認知神經科學研究 |
挑戰與未來方向
- 信號雜訊：EEG/fNIRS易受運動、環境干擾，需先進演算法（如深度學習）降噪。
- 多模態融合：結合EEG（高時間解析度）與fNIRS/fMRI（高空間解析度）提升精度。
- 便攜化：開發無線、柔性感測器（如石墨烯電極）以提高穿戴舒適度。
- 實時解碼：提升腦機介面的實時性，應用於更複雜的控制場景（如外骨骼機器人）。
這些技術各具優勢，選擇取決於具體需求。例如，臨床診斷可能優先選擇fMRI或MEG，而消費級腦機介面則傾向EEG/fNIRS。
——本文轉自Deep seek