背景：脑电图（EEG）发明于 100 年前。自从这种监测脑电的设备发明以来，它对科学家研究人脑的方式产生了令人难以置信的影响。

自首次使用以来，脑电图塑造了研究人员对从感知到记忆的认知的理解。它对于诊断和指导包括癫痫在内的多种脑部疾病的治疗也很重要。

作者是一名认知神经科学家，利用脑电图来研究人们如何记住过去的事件。脑电图诞生 100 周年是一个反思这一发现在神经科学和医学领域的意义的机会。

1. 脑电图的发现
1924 年 7 月 6 日，精神病学家汉斯·伯杰（Hans Berger）对一名正在接受神经外科手术的 17 岁男孩进行了首次脑电图记录。当时，伯杰和其他研究人员正在对动物的大脑进行电记录。

伯杰的与众不同之处在于他痴迷于寻找他所谓的人的精神能量或精神努力的物理基础。通过跨越其早期职业生涯的一系列实验，伯杰测量了大脑体积和温度，以研究智力工作、注意力和欲望等心理过程的变化。

然后他开始记录电活动。尽管他在 1924 年首次记录了人脑中的脑电图痕迹，但直到 1929 年他才发表了结果。这五年是对大脑脑电图信号来源的自我怀疑和完善实验设置的曲折阶段。伯杰记录了包括他自己的孩子在内的多个受试者的数百个脑电图，实验既有成功也有挫折。

图注：两条脑电图轨迹，顶部的节奏比底部更不规则。来自维基共享资源

最终他对自己的研究结果深信不疑，在《Archiv für Psychiatrie》杂志上发表了一系列论文，并有望获得诺贝尔奖。不幸的是，研究界对他的结果表示怀疑，几年后其他人才开始在自己的研究中使用脑电图。

伯杰最终于 1940 年获得诺贝尔奖提名。但由于第二次世界大战和德国占领挪威，那一年诺贝尔奖没有颁发任何类别的奖项。

2. 神经振荡
当许多神经元同时活跃时，它们会产生足够强的电信号，瞬间通过大脑、头骨和头皮的传导组织传播。放置在头部的脑电图电极可以记录这些电信号。

自从发现脑电图以来，研究人员已经证明神经活动以特定频率振荡。伯杰在 1924 年最初的脑电图记录中指出，振荡活动占主导地位，每秒循环 8 至 12 次，即 8 至 12 赫兹，称为阿尔法振荡。自从发现阿尔法节律以来，人们进行了许多尝试来了解神经元如何以及为何振荡。

神经振荡被认为对于特定大脑区域之间的有效沟通非常重要。例如，以 4 至 8 赫兹循环的 θ 振荡对于动物和人类参与记忆编码和检索的大脑区域之间的通信非常重要。

图注：不同频率的神经振荡表明不同类型的大脑活动。来自 Getty Images Plus

研究人员随后检查了它们是否可以改变神经振荡，从而影响神经元相互交谈的方式。研究表明，许多行为和非侵入性方法可以改变神经振荡并导致认知表现的变化。参与特定的心理活动可以引起这些心理活动使用的频率的神经振荡。例如，我的团队的研究发现，正念冥想可以增加 θ 频率振荡并改善记忆检索。

无创脑刺激方法可以针对感兴趣的频率。例如，我的团队正在进行的研究发现，θ 频率的大脑刺激可以改善记忆检索。

脑电图还导致了关于大脑如何在许多其他认知领域处理信息的重大发现，包括人们如何感知周围的世界、如何集中注意力、如何通过语言进行交流以及如何处理情绪。

3. 诊断和治疗脑部疾病
如今，脑电图通常用于诊断睡眠障碍和癫痫，并指导脑部疾病的治疗。

科学家们正在使用脑电图来观察非侵入性脑刺激是否可以改善记忆力。尽管这项研究仍处于起步阶段，但已经取得了一些有希望的结果。例如，一项研究发现，伽马频率（25 赫兹）的无创大脑刺激可改善阿尔茨海默病患者的记忆力和神经递质传输。

图注：研究人员和临床医生使用脑电图来诊断癫痫等疾病。 来自 Getty Images

一种称为时间干扰的新型非侵入性大脑刺激使用两个高频来引起等于刺激频率之间的差异的神经活动。高频可以更好地穿透大脑并到达目标区域。研究人员最近在人们身上测试了这种方法，使用 2,000 赫兹和 2,005 赫兹向负责记忆的关键大脑区域海马体发送 5 赫兹 theta 频率。这使得人们对与面孔相关的名字的记忆有所改善。

尽管这些结果很有希望，但还需要更多的研究来了解神经振荡在认知中发挥的确切作用，以及改变它们是否可以导致持久的认知增强。

4. 脑电图的未来
脑电图问世 100 周年为我们提供了一个机会来思考它教会了我们关于大脑功能的知识以及这项技术在未来的用途。

脑电图的未来 100 年将会发生什么？

包括我在内的一些研究人员预测，我们将使用脑电图来诊断大脑疾病并制定有针对性的治疗方法。其他人预计，价格实惠的可穿戴脑电图将广泛用于增强家庭认知功能，或无缝集成到虚拟现实应用程序中。可能性是巨大的。

References:

1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16334737/
2. https://theconversation.com/a-century-after-the-eeg-was-discovered-it-remains-a-crucial-tool-for-understanding-the-brain-213843
3. https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=K_Y6n5UAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate
4. https://www.routledge.com/Brainwaves-A-Cultural-History-of-Electroencephalography/Borck/p/book/9780367881498
5. https://doi.org/10.1007/BF01797193
6. https://doi.org/10.1007/BF01998099