本文最初刊登于 The Conversation。
脑电图（EEG）是 100年前发明 的。自这项监测大脑电活动的设备发明以来，它对科学家研究人脑的方式产生了 不可思议的影响 。
自首次使用以来，脑电图一直影响着研究人员对从感知到记忆的认知理解。它在诊断和指导癫痫等多种脑部疾病的治疗方面也很重要。
我是一名 认知神经科学家 ，我使用脑电图研究人们如何回忆过去的事件。脑电图发明 100 周年是一个反思这项发现对神经科学和医学意义的机会。
脑电图的发现
1924年7月6日，精神病学家汉斯·伯格（Hans Berger）进行了 首次人类脑电图记录 ，对象是一位接受神经外科手术的 17 岁男孩。当时，伯格和其他研究人员正在对动物的大脑进行电记录。
伯格与众不同之处在于他热衷于寻找他称之为 精神能量 或精神努力的身体基础。在他的早期职业生涯中，通过一系列实验，伯格测量了大脑的体积和温度，以研究智力劳动、注意力、欲望等精神过程的变化。
然后他转向记录电活动。尽管他在 1924 年记录了人类大脑的首批脑电图痕迹，但他直到 1929 年才公布了结果。这五年间是他对大脑中脑电图信号来源的自我怀疑以及完善实验装置的痛苦阶段。伯格在多名受试者（包括他自己的孩子）身上记录了数百份脑电图，既有成功的实验，也有挫折。
他最终确信了自己的结果，并在《 精神病学档案 》杂志上发表了一系列论文，并希望获得诺贝尔奖。不幸的是，研究界怀疑他的结果，多年后才有人开始在自己的研究中使用脑电图。
伯格最终在 1940 年被提名诺贝尔奖。但由于第二次世界大战和德国占领挪威，当年 任何类别的诺贝尔奖都没有颁发 。
神经振荡
当许多神经元同时活跃时，它们会 产生一个电信号 ，这个信号足够强，可以瞬间穿过大脑、头骨和头皮的导电组织。放置在头部上的脑电图电极可以记录这些电信号。
自脑电图发现以来，研究人员已表明神经活动以特定频率振荡。在他 1924 年的首次脑电图记录中，伯格注意到了一种占主导地位的振荡活动，其周期为每秒 8 到 12 次，即 8 到 12 赫兹，被称为 α 振荡 。自 α 节律发现以来，人们一直试图理解神经元为何以及如何振荡。
人们认为神经振荡对于专门的大脑区域之间的有效沟通很重要。例如，周期为 4 至 8 赫兹的 θ 振荡对于涉及动物和人类 记忆编码和提取 的大脑区域之间的通信很重要。
然后，研究人员研究了他们是否可以改变神经振荡，从而影响神经元之间的通信方式。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。进行特定的精神活动可以诱导与这些精神活动使用的频率相同的神经振荡。例如，我的团队的研究发现 正念冥想可以增加 θ 频率 振荡并改善记忆提取。
非侵入性脑刺激方法可以靶向感兴趣的频率。例如，我团队正在进行的研究发现，以 θ 频率进行的脑刺激可以 导致记忆提取的改善 。
脑电图还在许多 其他认知领域 ，包括人们如何感知周围世界、如何集中注意力、如何通过语言交流以及如何处理情绪等方面，带来了重大发现。
诊断和治疗脑部疾病
如今，脑电图常用于诊断 睡眠障碍和癫痫 ，并指导 脑部疾病治疗 。
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。虽然研究仍处于起步阶段，但已取得了一些有希望的结果。例如，一项研究发现，在 γ 频率（25 赫兹）下进行非侵入性脑刺激可以改善 阿尔茨海默病患者的记忆和神经递质传输 。
一种名为 时间干涉 的新型非侵入性脑刺激技术，使用两个高频率来产生等于刺激频率之间差值的神经活动。高频率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 赫兹将 5 赫兹的 θ 频率发送到记忆的关键区域海马体。这导致了 回忆与面部相关联的姓名的能力 的改善。
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的确切作用，以及改变它们是否能带来持久的认知增强。
脑电图的未来
脑电图问世 100 周年，为我们提供了思考它教会我们的大脑功能以及这项技术未来能做什么的机会。
在《 Nature Human Behaviour 》杂志委托进行的一项调查中，500 多名使用脑电图研究的学者被问及对这项技术未来的预测。脑电图的下一个 100 年将可能实现什么？
包括我在内的一些研究人员预测，我们将利用脑电图来诊断和创造针对脑部疾病的靶向治疗。其他人则预计， 价格实惠的可穿戴脑电图设备 将广泛用于在家中增强认知功能，或将无缝 集成到虚拟现实 应用程序中。可能性是无限的。
披露：Erika Nyhus 获得美国国立卫生研究院和美国国家精神卫生研究所的资助。
