背景,腦電記錄的零參考（ REST）,腦電零參考的套用,
背景
在腦電實踐中，誘發電位（EP）和自發電位（EEG）都是反映不同神經源活動的成份。每種成份都可以用一些特性來描述，如極性、頭皮區域、頻譜、潛伏期和電壓幅度。為得到這些特性的準確數值，以不活動電極為參考的電位是我們最希望得到的原始數據。然而，眾所周知，實際上只有電位差是可以測量的，所以在無創的頭皮記錄中設定參考電極是無法避免的。在現行腦電實踐中，人們採用過或正在採用的頭部與非頭部參考電極如耳垂、頸部和平均參考電極等，每一種參考電極都對記錄有一定的影響。
由於神經電活動是一個時空過程，因此活動參考電極的影響存在於空間和時間兩個方面。參考電極在空間方面的影響，表現為在所有電極記錄中加上或減去一個常數，就像提高或降低水平面，但不改變表面狀態，因此可以認為，參考電極雖對空間信息有一定的影響，但這種影響不是實質性。
參考電極在時域方面的影響歸因於參考電極位置的電活動。如果人體表面上一點或平均值是活動的，它的電位就是隨時間而變化的。當以它為參考時，就相當於在所有電極記錄中引入了一個不知道且隨時間變化的信號。由此可見，活動的參考電極會影響EEG的時域動態分析和頻譜分析。為了解決這個問題，人們自然希望能有一個中性電位點來作參考電極，由於在空間上無限遠的點是遠離神經活動源的，這樣的點不會對EEG記錄產生任何影響，所以它的電位可以被假設為零，因而是我們理想的參考電極點。事實上，無限遠點一直是電磁學中分析場問題時默認的參考電位點。
在腦電文獻中，尋找近似的中性參考電極或零電位參考一直是一個爭議不休的論題。通常的做法是，根據具體情況，主觀判斷某個位置的電活動變化比較小而選擇之。另一種常用做法是採用平均參考，它的依據是當全腦密集分布記錄電極時，理論上所有電極的電位之和為零，然而實際的情況常常是只有上半球有電極分布，且電極數有限，因此，平均參考也會帶來明顯的非零誤差。
為了解決或緩解非零參考這一長期困擾腦電領域的問題，近年來出現了兩種新的技術，一個是頭表Laplacian （SL）（Hjorth, 1975），一個是無窮遠零參考(REST)(Yao, 2001)。SL得到的是流向頭表的徑向電流密度的估計，從頭表電位到SL的過程是不可逆的，且計算過程對噪音比較敏感。腦電經REST處理後的數據仍然是電位，因此適合現行基於電位概念的所有腦電研究。
腦電記錄的零參考（ REST）
腦電零參考技術（REST：Reference electrode standardization technique,參考電極標準化技術），不是去找頭皮上的中性參考電極點或電位零點，而是近似地將以頭皮上一點或平均電位為參考的記錄，轉換為以空間上的無限遠點為參考電極的記錄。該轉換的物理依據是，轉換前後的電位都是由腦內的實際神經活動源或它們的等效源所產生的，因此轉換前後的電位可以通過共同的物理源聯繫起來。
REST的物理原理為：假設基於零參考的頭皮電位V可以表示為V=GX，X為頭內電活動源，G為頭模型。在實際腦電記錄中，我們只能採用非零參考(a)進行腦電記錄，因而得到是一個非零參考的電位va，它可以被表示為
， 其中Ga為非零參考情況下的頭模型。據此，我們可以反演後一方程得到X，然後帶入前一方程即得到零參考情況下的V.
。顯然在這裡我們並不需要知道真正的源信息X，它只是作為一個橋樑被使用，因此，我們可以假設X為真實源的一組等效分布源，從而使完成上述計算步驟的操作大為簡化。同樣頭模型也可以是在等效意義下的一個等效模型。在現有的文獻中，頭模型一般選擇三層同心球模型。源模型一般為離散偶極子層模型，當然也可以為等效分布點電荷模型或等效多極子模型。在原理上，這些模型應該會得到相似的效果，但由於具體問題涉及的方程的數學性態不同，在實際效果上是會有些微的差異，但不會有實質性的不同。
關於REST的效果，已有多篇文獻進行了細緻的分析研究。結果表明，REST對高級腦功能特別重要的表層皮質區域特別有效。還對不同的電極陣列，不同的導體模型，以及噪音的影響進行的大量研究進一步表明，REST的效果與這些參數有一定的關係，但REST總是比常用的平均參考、以及連線耳參考有更小的參考誤差的事實卻是一致的。圖1 是一個仿真的例子。
腦電零參考的套用
REST近似地重建了EEG記錄中參考電極的真實電位，而不是以前人們爭論的在頭表面是否存在真實的零電位點的問題。由於非零參考的問題在現行腦電記錄中普遍存在，且是腦電出現以來的一個歷史性問題，隨著REST的套用，以前的一些研究結論有可能被修改或推翻。比如，它使我們重新思考如下的問題：不同大腦狀態的頻譜特徵，是不是和我們從前以頭表某點為參考電極時的記錄所得到的結論一致？不同狀態之間的振幅差異，不同任務下的誘發腦電的潛伏期差異，以及電極點之間的相關性和腦網路是否明顯不同？所有這些都需要新的實驗研究來回答。與此同時，為了進一步減小REST的誤差，人們將更多地採用多通道EEG系統，從而又可能對相關的產業產生重大的影響。
需要特別說明的是，電生理領域的許多研究人員一直希望能找到一不活動的自由參考電極或零參考點。然而近百年的腦電研究實踐表明，這只是一個不切實際的幻想。但基於計算機重建的REST用事實說明了，參考電極的影響可以被顯著減少，從而改進EEG的時域分析及頻譜分析。REST方法及其套用才剛剛起步，我們期待有更多的同仁加入這一研究行列。
