增加脑电图电极密度可改善视觉类别解码与源定位：一项探索性的超高密度 EEG 研究

为什么在头皮上放更多传感器很重要

每次你看向一张脸、一个身体、日常物品或简单图案时，大脑都会在短短几十毫秒内做出反应。脑电图（EEG）让科学家能够从头皮记录这些稍纵即逝的电信号，但影像常常很模糊。这项研究提出了一个简单却具有重大意义的问题：如果我们在头后部显著增加大量微小 EEG 电极，是否能更清晰地“看见”视觉脑活动、更准确地解码某人所见内容，并更精确地确定这些活动在大脑中的发生部位？

更精细地观测脑电波

研究人员使用了一顶在枕叶区域集中布置512个小电极的超高密度 EEG 帽，枕叶是负责初级视觉处理的后脑区域。四名志愿者观看了来自四类的大量图像：面孔、身体、日常物品和抽象图案。在每次图像闪现时，团队记录了视觉诱发电位——这种时相锁定的短暂电活动波形，发生在图像出现后大约十分之一秒到半秒之间。由于传感器密集且间距小，他们能够在头皮上绘制出精细的“热图”，显示活动如何从初级视觉区开始，然后以不同方式扩散，例如在显示面孔时向大脑两侧区域扩展。

检验到底有多少传感器真正有用

为了解更多电极是否真能改善 EEG 可读性，研究团队系统地“稀释”他们的记录以模拟传统计临床帽中远少于此数量的传感器。他们将常见的10–20和10–10 系统的布局与更密集的变体以及最终的超密集配置进行比较。使用一个直接的统计分类器，他们在每次试验中尝试预测被试正在看到哪一类图像。随着传感器密度增加，准确率稳步上升：传统布局平均略低于60%，而超密集网格达到约73%，部分参与者甚至超过76%。关键是，将电极更紧密地排列比仅在更大头皮区域分布电极更为重要，这表明在关键视觉区域进行精细的空间采样尤其有价值。

更精确地追踪大脑时序

除了总体准确率外，作者还考察了大脑模式何时开始携带足以区分不同类别的信息。他们在刺激出现后某一时刻训练分类器，并测试其能否推广到其他时间点，从而构建了一个“时序可解码性”图谱。随着电极密度增加，解码不仅变得更准确，而且出现得更早——大约在图像出现后70毫秒左右开始，峰值出现在约150–200毫秒。这表明，头皮上更好的空间采样也能提升脑事件的时序分辨率，减少由电信号在头内传播造成的模糊。

将信号追溯回大脑内部

高电极密度同样提升了下一步的能力：估计哪些大脑区域产生了观测到的头皮信号。研究团队利用每位参与者的 MRI 扫描和既有的源定位算法，重建了活动在脑内可能的起源位置。所有类别的早期反应都聚集在后脑的初级视觉皮层。随后，活动移向颞叶下侧的区域，这些区域已知支持物体和面孔的识别。尤其对于面孔，该方法在约170毫秒时将反应定位到梭状回——一个长期与面孔感知相关的区域。当用更稀疏的模拟布局重复相同分析时，脑内激活模式变得更模糊且不够聚焦，凸显了超密集记录的额外价值。

从基础视觉科学到未来应用

尽管该研究仅涉及四名志愿者并集中在一小块头皮区域，但它表明在关键区域密集布置许多小电极可以使 EEG 既更具信息性又更精确。更密集的布局提高了判断被试观看何种图像的能力，澄清了活动如何在头皮上扩散，并使对特定脑区（例如处理面孔的梭状回）何时何地启动的估计更加清晰。对普通读者而言，结论是：将 EEG 从粗糙网格升级为超细网格，可能会把它从大脑的粗略听诊器转变为更精细的传感器，这对脑-计算机接口、诊断以及我们研究视觉与识别世界的方式都具有潜在益处。

引用: Schreiner, L., Sieghartsleitner, S., Kapeller, C. et al. Increasing EEG electrode density improves decoding of visual categories and source localization: an exploratory ultra-high-density EEG study. Commun Eng 5, 59 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00611-w

关键词: 超高密度 EEG, 视觉感知, 脑解码, 源定位, 脑-计算机 接口