参考转换

一、参考电极的选择
什么样的参考位置才能获得最真实的基线（近似于0的）信号呢？不同的主张产生了不同的参考选择和使用，包括最普遍的标准平均（所有头皮电极位置的平均）、双侧乳突连线平均、耳垂连线平均、前额中心电极、鼻尖、非头部的胸椎、踝关节、下颚和膝盖。

虽然对参考电极位置的争论是纯方法学的，但它也具有非常重要的理论意义。

研究显示，在同一实验程序采用不同的参考位置将产生不同的结果，其原因是不同的参考位置会对数据记录产生不同的影响。

鉴于对参考电极位置、方向与偶极子发生器位置之间的复杂关系及电信号通过头骨的传播特性的考虑，Katznelson (1981) 认为最好的解决方式就是所报告的每一组数据使用两种或两种以上不同的参考电极模式，并从中确定结果上的相同点。

最常用的头部参考是耳垂或乳突的连线或平均，及全头平均参考。

相对较少使用的有鼻尖和下颚参考。

耳垂或乳突的连线或平均作为参考是将两个电极的连线或平均作为一个参考信号，这种方法在EEG/ERP的研究中（尤其是视觉和听觉诱发电位的研究）被广泛地使用。

在这一方法中，耳垂或乳突电极的放置位置相同，即每个参考电极都放置于一侧耳垂或耳后的乳突上。

然而，在信号放大之前将连个电极连线在一起，理论上是强行将两个信号相等对待。

这一缺陷将会产生一个低电阻通道，使得整个头皮的电压分布得到改变。

因为如果两个电极的电阻不相同，电流将更易流向其中一方，并将有效的参考位置转移向电阻更低的位置，因此影响有效的分布并改变了对称性。

实际上，因为皮肤阻抗明显高于大脑阻抗，这种影响并不严重。

相比较而言，选取两个电极信号的平均数，被认为是比连线法更好的方法，它可避免分布失真。

但是，耳垂/乳突平均参考也有其自身缺陷。

Goldman (1950) and Katznelson (1981) 研究发现，耳垂/乳突平均参考将临近脑区的活动作为了基线。

由于耳垂/乳突参考临近颞枕部发生器，所以会对以研究该部位临近区域为目的的某些特定实验产生影响，如对高级视觉加工的研究中，大量的发生器被定位于颞枕皮层。

当然，在不同的实验设计中，耳垂/乳突参考是积极有效的。

耳垂参考在视觉任务中在视觉诱发电位、听觉诱发电位、体觉诱发电位上显示出重要的意义。

同样，乳突参考在听觉诱发电位和体觉诱发电位上也是积极有效的。

但是，乳突/耳垂平均并不是评估半球形差异的最好选择，因为它可能降低半球形差异。

标准平均参考近年来被推荐作为进行头皮电生理研究的指导方针。

它是将头皮记录的所有脑电电极信号进行平均作为参考电极，其理论依据是头皮平均数是一个恒常数“零”。

但是，无论多精确的平均参考也只是一个理论上接近的零点，且依赖于传感器的数量和位置。

从前额或前部信号取得精确的采样是相对困难的，因为大脑并不是一个真正的球体，所以在大脑上的电极排列也并不能像在球体上一样完全合适。

因此，任何平均都必然更有利于中央和后部、侧部和背部位置。

此外，相对较少的电极信号参与平均将对平均后的电信号产生更大影响，同时也影响了参考电极与头皮其他电极之间的相位和振幅关系，使得对已记录数据的空间特性的解释变得困难。

该影响可通过增加足够大的电极采样来改善，如至少20个电极。

另有研究者对平均参考提出批评，因为平均参考法可能会产生“ghost potentials”（Desmedt et al., 1990）。

事实上，真正意义上的中性电位点的缺乏同样表现在其他参考电极中，但这对平均参考的影响在电极排列疏松并集中在某些孤立区域时尤其显著。

其他头部参考的使用相对较少，且实验环境需要得到一定的控制，如鼻尖记录可以更好
地显示AEP活动以及MMN的研究，而下额参考在视觉任务中被认为是可行的。

然而，这些参考类型都是邻近颅骨通路的（口、喉咙、眼窝、鼻窦），在使用时需要注意，因为所产生的低阻抗通路将对电信号的分布特征产生潜在影响。

总之，没有对所有实验环境都适用的完美的参考电极位置。

因为不同的实验室偏爱不同的参考电极位置，且相关的神经系统发生器的位置也仍旧未知，所以了解如何选择参考电极位置及不同的参考会对数据产生何种影响是非常重要的，其核心在于了解如何根据所选的不同的参考位置来解释数据结果。

二、参考电极的转换
（一）以鼻尖、头顶作为参考电极采集数据时，如何转换为双侧乳突做参考？
①用SCAN打开需要转换的原始数据（EEG或A VG文件），点击主菜单中的Transform 选择其中的GFP/Reference功能项（图1）；
②在Average transform channel栏中选择需
要转换的参考电极（选择All，即以所有电极的
平均作为参考电极；选择specified，点击进入
Select窗口，即可手动选择需要转换的电极，例
如将鼻尖参考转换为双侧乳突参考，可选择
M1、M2电极），如图2。

确定电极后点击OK
关闭该对话窗。

③在Option中：
Include the Reference Electrode——当进行
DFP运算时，系统有两种可选择方式，一种是
只选择作用电极(N，包括设为坏电极的和设伟
忽略的电极）；另一种是同时选择作用电极和被
假设为不活动的参考电极(N+1)。

如选择该项，
系统运算将以N+1的方式执行运算。

如不选择，
则系统默认为以N为总数进行运算。

Add GFP Channel ——选择该项将显示
GFP （Global field power）结果（当选择电极的
数量小于2 时，无法进行 GFP 的运算。

一般情
况下，转换为乳突参考，不需要计算GFP，即可
以不选择该选项）。

Calculate As Field Z-scores——该选项是用地形学上每个时间点的标准偏差来标准化GFP的数据。

将它们作为空间Z分数。

这在制作动画时是非常有用的。

本质上，数据在每个时间点是“自动刻度”，因此，地图的颜色刻度依据标准偏差来设置。

④在Output File——输入新的文件名称及路径，点击Save，然后点击OK，如图3。

新的文件即为参考电极转换后的结果（包括REF 和 GFP 导联），如图4。

（二）以单侧乳突作为参考电极采集数据时，如何转换为双侧乳突作为参考电极？
Montage Editor是一项重要的功能，对CNT文件、EEG文件和A VG文件均可进行不同导联之间的转换或换算。

在单侧乳突参考电极转换中的使用如下。

①用SCAN打开单侧乳突参考电极的原始脑电数据文件（CNT 、EEG、A VG均可）。

下面用A VG文件作说明，如图5，图中可以看到左侧乳突M1作为参考电极（不显示），右
侧乳突M2作为记录电极。

②点击“Launch Montage Editor”出现界面如图6：左侧是电极排列距阵，右侧是电极排列位置。

矩阵中电极对应的数字可作为乘数（multipiers），原始数据的每个导联的每个记录点上的数据乘上该导联相对应的乘数，即可得到该导联的新的数据。

为了将单侧乳突参考（M2）转换为双侧乳突参考（M1和M2），即可以将M2除以2，所得的数据即为M1与
M2和的平均数[（M1＋M2）／2）]。

详细步骤如下；
在NS Montage Editor界面下，在左边电极排列矩阵中，将M2自身所对应的乘数改为0.5，其他导联乘数均设为1（也可以用鼠标点击连线，即为1），如图7和图8所示；
③保存生成LDR文件，关闭Montage Editor。

在当前的A VG文件下（或重新打开A VG 文件），点击Transforms下的Linear Derivation选项，得到如图9 所示的界面。

调用已经生成的LDR File，输出新的A VG文件，即可得到如图10的结果。

④打开Montage Editor后的文件，选择Transform下的GFP/Reference功能，选择M2
作为参考电极，步骤同（一），最终完成单侧乳突参考转双侧乳突参考。

（三）转换为平均参考（以双侧乳突转换为平均参考举例说明）
①用SCAN打开需要转换的原始数据（CNT，EEG或A VG文件）；
②点击主菜单中的Transform选择其中的GFP/Reference功能项，在Average transform channel栏中选择Specified，选择所有的脑电电极（不包括已经设置为漏过或坏的电极以及
眼电）的平均作为参考，如图11。

确定电极后点击OK关闭该对话窗。

Note：当一侧电极的数据（如C3）为坏电极，对侧相应位置的电极（即C4）最好也不要包括在平均参考的计算中。

图 11 平均参考转换示意图
③在Option中，选择Add GFP Channel （也可以不选）。

④在Output File——输入新的文件名称及路径，点击Save，然后点击OK，新的文件即为平均参考结果。