在磁共振扫描仪内外进行认知任务和静息态记录的含碳线圈脑电图数据集

更干净的大脑扫描为何重要

脑成像设备与脑电帽让科学家得以观察大脑活动，但将这些工具结合使用会带来意想不到的杂讯。磁共振成像（MRI）能揭示深层脑区的活动位置，而脑电图（EEG）记录头皮上的毫秒级电信号。当两者同时进行时，强磁场和细微的身体运动会淹没EEG信号，掩盖研究者关心的真实电活动。本研究介绍了一个精心设计的数据集，直接应对这一难题，提供在静息和日常思维任务中更清晰、更具现实意义的大脑活动视图。

观察大脑的两扇窗

研究者对39名健康成年人在闭合和开放眼睛的静息状态下，以及执行两种简单心智任务时，使用EEG和功能性MRI进行同时记录。在“视觉稀有目标（visual oddball）”任务中，志愿者观看频繁出现的圆圈和罕见出现的星形，并默数罕见图形出现的次数。在“N‑back”任务中，他们看到一连串数字，当目标数字立即出现（简单版）或与两步之前出现的数字相同（困难版）时按下按钮。这些任务是检测注意力和工作记忆的常用工具，使得该数据对全球许多实验室都具有应用价值。

扫描仪内外的对比

关键在于，每位受试者在MRI扫描仪内和在安静的屏蔽室（仅记录EEG）中都完成了这些任务。这样的配对使研究者能够提出一个根本性的问题：扫描仪内嘈杂的条件在多大程度上改变了我们在头皮上观测到的信号？研究团队还为部分参与者使用了两台不同的MRI设备，构建了“随行受试者”设计，帮助比较硬件差异如何影响数据。所有记录都按标准的、机器可读的格式组织，便于其他团队将文件直接接入现代分析流程。

监听噪声的环形线圈

为抑制扫描仪带来的干扰，团队采用了一个巧妙的技巧：将碳线圈缝入EEG帽中。这些微小的线圈像专用的噪声麦克风，能捕捉与运动相关的扰动以及血液在磁场中移动时产生的微弱脉冲性干扰。通过将这些线圈记录到的信号从EEG中数学上减去，研究者得以剥离掉大部分不需要的噪声，而不损害底层的大脑活动。他们将此方法与既有的清理步骤结合使用，例如滤波、自动检测坏通道，以及去除眼动和工频线干扰。

对信号质量的检验

为验证清理方法的效果，团队检查了不同频率下电节律的强度以及对特定事件的时锁定反应。校正后，采自扫描仪内的EEG记录与安静室内的记录相似：扫描器相关的强烈波动在很大程度上消失，而诸如P300反应——与注意到罕见或重要刺激相关的电位峰值——在视觉稀有目标和N‑back任务中仍然可见。同时，MRI数据显示出稳健且解剖学上合理的激活模式，涉及已知支持注意力和工作记忆的脑区，例如额叶皮层、顶叶皮层和小脑的部分区域。两台扫描仪之间的差别主要体现在信号强度上，而非哪些脑区被激活。

为未来脑科学提供更利的工具

简而言之，这项工作提供了一个文档完备、公开可获取的数据集，证明了有可能在不被噪声淹没的情况下同时记录脑电与脑成像。通过配对扫描仪内外的记录、加入两套MRI系统的测量，以及使用碳线圈追踪并抵消不需要的干扰，作者为更清洁的多模态脑研究提供了实用蓝图。研究者现在可以利用这些共享数据测试新的分析方法、比较硬件或探索注意力与记忆在大脑中的展开方式，并能更有把握地认为所见信号反映的是真实的神经活动，而非机器的“心跳”。

引用: Tsutsumi, M., Kishi, T., Ogawa, T. et al. An EEG dataset with carbon wire loops in cognitive tasks and resting state inside and outside MR scanners. Sci Data 13, 351 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06734-1

关键词: 同步 EEG fMRI, 脑成像数据集, 伪迹去除, 工作记忆, 注意力