このページでは、高品質なEEGデータを取得するための実験室の設定ガイドラインを紹介します。

高品質なEEGデータの取得は研究成果にとって極めて重要です。EEGは脳の電気活動を非侵襲的に記録する技術であり、脳機能と行動の関係を研究するために使用されます。 筋活動、眼球運動、環境ノイズ、電極インピーダンスの問題など、アーティファクトを含むデータ品質の低いEEGデータは、解析結果に誤差やバイアスをもたらす可能性があります。高品質なデータを最初から取得することが、事後的なアーティファクト除去よりもはるかに重要です。

事後的なアーティファクト除去は時間がかかり、複雑であり、統計力の低下につながる可能性があります。高品質なデータを最初から確保することで、分析プロセスがより効率的になり、時間とリソースを節約できます。

目次

• EEGシステム
  • アクティブ対パッシブ電極
  • CMS/DRLとは?
  • ドライ対ウェット電極
• EEGデータレシピ
  • 環境騒音
  • ゲルの適用
  • インピーダンスの確認
  • 走査の電極の位置
  • EEGの同期

EEGシステム

EEG（脳波計測）は、さまざまなメーカーの研究用システムを使用して行われます。主な研究用EEGシステムは以下のとおりです。

• Brain Products：LED付きキャップによるインピーダンスチェック機能を備えたアンプを提供しています。

• BioSemi：優れた信号品質と低ノイズで知られるアクティブ電極システムです。CMS/DRLノイズ低減方式（以下参照）を使用しており、インピーダンスを直接測定することも可能です。

• Neuroscan（Compumedics）：臨床研究に特化した、最も歴史のあるEEG企業の一つです。

• g.tec：ワイヤレスおよびモバイルシステムを専門とし、ニューロフィードバックやブレイン・コンピュータ・インターフェースの分野で実績があります。

• ANT Neuro：20年以上の歴史を持つEEGメーカーです。

• EGI/Magstim（旧Philips Neuro）：水系電極システムで知られ、高品質なゲルキャップも製造しています。

これらはEEG研究における主要なメーカーです。データ品質はアンプよりも電極キャップに大きく依存します。アンプの技術は十分に確立されているためです。

コンシューマー向けEEGシステム：

• Emotiv：Epoc+などの16チャンネルのコンシューマーEEGシステムを提供しており、より多くのチャンネルオプションもあります。基本的な脳研究や教育目的に使用されています。

• Muse：瞑想やウェルネス向けのヘッドバンド型EEGデバイスです。少数のチャンネルを使用しています。

• OpenBCI：オープンソースのEEGハードウェアおよびソフトウェアプラットフォームです。

コンシューマーグレードEEG の主な問題は、頭皮との接触品質とチャンネル数の少なさです。研究グレードのシステムと比較すると、信号品質が低い場合があります。

臨床用EEGシステム（日本光電等）は、臨床診断用に設計されたシステムであり、研究用途としてはチャンネル数が限られている場合があります。

ゲルベースのシステムでは、電極と頭皮の接触を確保するためにゲルが使用されます（以下の「ドライ対ウェット電極」セクションを参照）。

上記はEEGシステムの一般的なリストです。

アクティブ対パッシブ電極

EEG電極にはアクティブ電極とパッシブ電極の2種類があります。それぞれの特徴は以下のとおりです。

• ノイズ低減：アクティブ電極は内蔵のプリアンプにより、伝送中のノイズを低減します。パッシブ電極はノイズの影響を受けやすくなります。

• 内蔵プリアンプ：アクティブ電極には内蔵の増幅回路があり、電極の近くで信号を増幅するため、電磁干渉の影響を低減します。パッシブ電極にはこの回路がありません。

• 入力インピーダンス：アクティブ電極は通常、非常に高い入力インピーダンスを持っています。頭皮からほとんど電流を引き出さず、電極と頭皮間の接触インピーダンスの影響を低減します。パッシブ電極は増幅回路を持たないため、接触インピーダンスが高くなりやすく、信号の歪みにつながる可能性があります。

• 信号品質：アクティブ電極は内蔵の増幅回路と低ノイズ特性により、パッシブ電極と比較して高い信号品質と良好な信号対ノイズ比を提供します。パッシブ電極はノイズや干渉の影響を受けやすく、信号品質が低下する可能性があります。

• 複雑さとコスト：アクティブ電極は信号増幅のための追加回路を必要とするため、より複雑で製造コストが高くなります。パッシブ電極は設計がシンプルで、追加の増幅回路が不要なため、安価に製造できます。

• 頭皮の準備：アクティブ電極は高入力インピーダンスを持つため、頭皮の準備が少なくて済む場合があります。パッシブ電極は良好な接触のために、より徹底した頭皮の準備が必要です。

まとめると、アクティブ電極は増幅回路を内蔵しており、ノイズ低減と高信号品質を提供し、高い入力インピーダンスを持っています。ただし、より複雑で高価です。パッシブ電極は内蔵の増幅回路がないため、ノイズや干渉を拾いやすく信号品質が低下する場合があります。よりシンプルで安価ですが、より徹底した頭皮の準備が必要です。

過去にはアクティブ電極が高価でしたが、現在では価格差は小さくなっています。研究目的では、アクティブ電極の使用が推奨されます。

CMS/DRLとは?

CMS/DRL（Common Mode Sense / Driven Right Leg）は、BioSemiシステムで使用されるノイズ低減方式です。

EEGでは、各電極が脳からの電気信号を記録します。これらの信号は脳活動の電位変化を反映しています。

CMS/DRLシステムでは、共通モードの信号をアクティブに除去することで、環境ノイズの影響を低減します。従来のグランド電極に比べてノイズ除去性能が優れています。

CMSはすべての電極からの共通信号を測定し、DRLはこの共通信号を被験者の体に戻すことでノイズをキャンセルします。この方式により、従来のグランド参照方式と比べてより効果的にノイズを低減できます。

BioSemiはCMS/DRLシステムを使用する代表的なメーカーです。

ドライ対ウェット電極

電極の種類には、ドライ電極とウェット電極があります。それぞれに利点と欠点があります。

• ドライ電極：導電性ゲルを使用せずに頭皮に直接接触します。利点: 準備が簡単で、ゲルの煩わしさがありません。注意: インピーダンスが高くなる傾向があり、信号品質がウェット電極より低い場合があります。

• ウェット電極（ゲル電極）：導電性ゲルまたはクリームを使用して電極と頭皮の電気的接続を確保します。利点: 低インピーダンスを実現し、優れた信号品質を提供します。準備時間は通常30分〜1時間です。

• 水系電極（スポンジ電極）：導電性の水溶液を含んだスポンジを使用します。利点: ゲル電極と比較して準備が容易です。欠点: ゲル電極ほど低いインピーダンスは得られない場合があります。

一般的に、研究目的ではウェット（ゲル）電極が最も高い信号品質を提供します。ドライ電極は利便性に優れていますが、信号品質に妥協が必要な場合があります。研究の目的と要件に応じて適切な電極タイプを選択してください。

EEGデータレシピ

環境騒音

EEG記録において環境ノイズは重要な問題です。理想的にはファラデーケージの中で記録を行うのが最善ですが、ファラデーケージの外でも適切な対策を取ることで良好な記録環境を確保できます。

• EEG記録室は、電気機器から離れた場所に設置してください。特に、壁に取り付けられた電気配線やコンセントには注意が必要です。

• 被験者と実験者は別の部屋に隔離してください。インターホンで通信する場合は、インターホンを被験者から離して設置してください。電力線を介して信号を送信するタイプのインターホンは使用しないでください。

• 被験者に触れる（または非常に近い）金属製の物体を取り除いてください。例えば、被験者は金属製の椅子に座るべきではありません。被験者が刺激に反応するためのボタンやマウスパッドは、非金属製のものを使用してください。

• モニターやノートパソコンは被験者から離して設置してください。刺激提示用のノートパソコンを使用する場合は、バッテリー駆動で実行することでノイズを低減できます。

• 被験者の体からアンテナとして機能しうる金属製品（例：金属製の腕時計）を取り外すことを推奨します。

• 刺激提示用の画面は被験者から少なくとも50cm以上離して設置してください。CRTモニターは電磁干渉の原因となるため、LCDモニターの使用を推奨します。

ゲルの適用

導電性ゲルを各電極の下に注入し、ゲルが頭皮に到達するまで注入してください。被験者が痛みを感じないように注意しながら、先の丸いアプリケーターで頭皮を軽くこすってインピーダンスを下げます。

被験者に5分間髪をブラッシングするよう依頼して頭皮を軽く刺激すると、電極のインピーダンスが低下し、信号品質が向上する場合があります。

インピーダンスの確認

電極インピーダンスを低減しデータ品質を最大化することが重要です（アクティブ電極を用いた高インピーダンスシステムであっても同様です）。各電極が良好な接触を持っていることを確認してください。特に参照電極のインピーダンスを可能な限り低くすることが重要です。参照電極にノイズがあると、他のすべての電極の記録に反映されます。

走査の電極の位置

電極の位置をスキャンすることで、正確なソースローカリゼーションが可能になります。3Dスキャナーやデジタイザーを使用して電極位置を記録できます。詳しくはこちらを参照してください。

EEGの同期

EEGデータにおけるイベントの同期は、ミリ秒単位の精度が求められます。EEGシステムと刺激提示システムの同期方法にはいくつかの選択肢があります。

• パラレルポートまたはシリアルポートを使用してイベントマーカーを送信するのが最も一般的な方法です。ほとんどのEEGシステムはこの方式をサポートしており、ミリ秒以下の精度を確保できます。

• ワイヤレスEEGシステムでは、イベントマーカーの送信にLSL（Lab Streaming Layer）が使用されます。

• LSL（Lab Streaming Layer）は、EEGシステムと刺激提示ソフトウェア間のデータストリーム同期に使用できます。イベント関連研究では、EEGは1kHz以上のサンプリングレートで記録することが推奨されます。

注意：このページはArnaud Delormeの個人的な意見に基づいています

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