3.伪迹去除
脑电的一个本质问题是如何获取大脑皮层活动的“干净”数据，即没有伪迹干扰的脑电信号。生理性伪迹指由自身的身体产生，例如，肌肉活动和眨眼活动。而非生理性伪迹，例如，环境的电噪声干扰，是由身体外部环境产生的。当受试者在执行一个运动任务时，测量脑电信号中的生理性伪迹是一个特殊问题。这可能解释为什么体育运动中的脑电研究只能限定于一些头部动作小的运动项目，例如，高尔夫、射击以及身体姿势稳定的蹬骑自行车运动。但是，有两种辅助方法可以从本质上减少或者消除伪迹。第一种方法就是减少在测试过程中的动作伪迹；第二种方法是通过特殊的计算方法去除伪迹干扰。下面的内容中我们将介绍如何识别与体育运动相关的伪迹，以及如何去除或者降低这些的方法。
3.1 肌电伪迹干扰
肌肉在收缩时会产生肌电，肌电会成为脑电记录时的一个主要伪迹干扰。高强度的肌肉收缩会产生较强的肌电伪迹干扰。一般收缩强度的肌电幅值为100～1000μV，这比脑电的正常幅值（10～100μV）要高得多。因此，肌肉活动产生的电信号会使脑电信号湮没在其中，使其无法被正常识别。在癫痫脑电记录中经常会遇到这种肌电信号的峰值，使脑电信号峰值变得模糊不清。同样，在体育运动中剧烈的肌肉收缩活动会使脑电信号完全模糊不清，这从本质上限制了脑电技术在体育运动中的应用。
那么我们该如何处理肌电伪迹的干扰呢？事实上，从信号的形态、频谱分布以及头皮分布特征上很容易区分脑电和肌电信号。肌电信号是有一系列运动单位发放的动作电位总和组成的，其频谱的范围为20～1000Hz，频谱的高低通常取决于有多少肌纤维被募集参与活动以及肌肉收缩程度。但是肌电信号的主频范围是50～150Hz。相反，脑电频谱90%以上成分是在1～30Hz。如果想要研究的脑电活动在15Hz以下，简单地使用低通滤波就可以将受干扰电极的肌电信号去掉。肌电伪迹通常也会发生在特定的头皮区域位置。最容易受到肌电干扰的位置是T3和T4，因为这两个位置最接近颅骨上的颞肌，该位置的干扰能够反映下颌关节的运动和紧张程度。在图4-4中，可以看出T3位置有异常的活动，进一步从脑电地形图可以看出该处的信号功率值异常的高。在记录受试者的脑电信号时，下颌关节紧张度高可能是一种普遍现象，应该在实验前告知受试者放松下颌关节，同时也不要有咀嚼的动作。
另外，前额区的Fp1、Fp2、F7、F8也容易受皱眉时产生肌电信号的影响。图4-5为该区域受肌电信号影响时的脑电地形图特征，同时我们从图4-5中还能看出枕后区O1和O2区域由于颈部肌肉紧张而产生的肌电干扰。而且，图4-5的频谱表明：在F3位置在大约28Hz附近存在一个峰值功率值。
去除肌电干扰的一个方法就是将受干扰的脑电信号部分删除。但是，当身体进行剧烈运动而产生较大程度干扰时，去掉过多的脑电数据会使分析数据时的数据量缺失。在这种情况下时，要使用一些高级的信号处理技术，例如，独立成分分析（independent components analysis，ICA），能将肌电干扰从原始的脑电信号中分离出来。ICA在分离肌电干扰伪迹方面表现出较强的性能。下面章节我们将介绍ICA和其他一些信号处理方法。
3.2 皮肤伪迹干扰
图4-4 脑电以及咀嚼时脑电地形图
头皮汗腺分泌的氯化钠和乳酸会改变头皮电极的阻抗进而改变脑电信号的幅值。如果这种情况刚好发生在记录电极和参考电极上，就会使脑电信号的基线发生飘移。体育运动过程中由于长时间的运动会使汗液大量分泌，这会导致脑电信号容易发生飘移。实际上，这种情况会因为使用脑电帽或者秃头者因为没有头发吸收汗液而变得更加严重。这种干扰伪迹通常很容易识别，它们通常表现为低于1Hz以下的低频成分。我们在研究中应该尽量减少这种伪迹干扰的影响。一般来说，任何降低身体温度的方法都可以将这种伪迹干扰降到最低，例如，在有冷气空调的房间内进行实验或者减少穿戴衣服的厚度。如果要测试室外游泳运动员的脑电，要将他的头发吹干再进行，否则也会出现类似的伪迹干扰。脑电放大器要使用共模抑制去除共模信号。各个电极位置的阻抗不等可能导致共模信号产生偏差电压，这会使脑电信号发生扭曲。因此，有必要保证活动电极和参考电极之间的电极阻抗最小。
图4-5 脑电地形图以及皱眉和颈部紧张时频谱分析
3.3 电极移动引起的伪迹干扰
任何影响电极与头皮接触的运动都会导致电极阻抗突然增加，最终导致脑电信号发生明显的变化。在体育运动过程中测量脑电时，克服这个问题是一个难点。尽管电极在头皮上的移动可以从脑电信号中明显探测到，但是这种过多被干扰的脑电信号会使我们丢失有意义的脑电数据。应该尽量保持电极与皮肤之间的低阻抗状态。标准的耳夹电极可以用于记录相对静止类的运动项目中的脑电信号，例如，射击运动。在一些动作幅度稍大的运动项目中要使用具有黏性的导电膏，保证颞骨处的电极能够黏附在颞骨乳突上。另外，从设备的性能来说，活动电极直接与前置放大器相连，在信号发送到主放大器之前就被前置放大，能够极大地减少由于电极线移动而引起的伪迹，并且能够提高信号的质量。高输入阻抗放大器能够降低对皮肤处理的要求，同时能保证高质量的脑电信号。
3.4 眼动伪迹干扰
在脑电图记录中眼动是一种普遍存在的伪迹干扰。视网膜和眼角膜的电位差要比皮层电位高很多。在眨眼过程中眼球向上转动，在这期间产生的电位主要影响额区电位位置的脑电信号，通常会在Fp1和Fp2位置观察到一个峰值为50～200μV、持续时间为200～400ms的一个正电位。如果峰值电位更高，会影响其他脑区电极的脑电信号。横向的眼球运动会影响额-颞区电极的脑电信号。有一些研究表明：在身体发力过程中眨眼率并没有增加，因此，这种眼电伪迹干扰可能并不是高强度体育运动过程中主要的伪迹干扰。实际上，有一些研究表明：增加视觉负荷会降低眨眼率。所以，这种类型的伪迹可能不是需要高视觉处理能力体育项目中的主要干扰成分。
正如EMG一样，眼电很容易在EEG中发现，因为眼电信号的形态和幅值有着特殊的样式，主要会污染额区位置的δ（1～4Hz）和θ（4～8Hz）频率带的脑波（图4-6）。现代信号处理方法，如独立成分分析（ICA）能够识别眨眼时产生的眼电成分。
图4-6 脑电以及眨眼的脑电地形图
3.5 心电伪迹干扰
通过心电图可以测量心脏的电活动。心脏每次跳动产生的电场很大并且能在身体上距离心脏1m的位置探测到。在记录脑电时心电的干扰更容易出现在颈部宽的人（举重运动员），但是通常这并不是一个重要的干扰源，因为心电通常只会干扰脑电中1～2Hz低频成分的脑波。这种干扰通常会出现在与耳相连的电极通道中。大部分的脑电放大器为心电保留了一个记录通道，使这种心电干扰很容易被识别。这种节律性以及特征性的心电使用特殊的信号处理方法能够很容易地被去除掉。
3.6 呼吸伪迹干扰
呼吸伪迹源自身体节律性的吸气和呼气运动，最开始的时候可能表现出一种高幅值低频成分，这种波动频率看起来像δ脑波。这种波动频率可能会增加，主要取决于运动时运动强度和运动员的体能。像心电一样，可以使用脑电记录仪中的一个通道记录呼吸运动，可以将一个拉伸传感器置于胸部或者腹部，进而获取受试者的呼吸运动情况。实际上，这种类型的伪迹很容易通过后期信号处理方法去除。
3.7 舌部运动产生的伪迹干扰
舌电伪迹干扰是由舌根和舌尖之间的电位差产生的，是一种慢电位。这种伪迹干扰不会频繁发生，即便出现了这种伪迹也可以通过后期的信号处理方法将其去除。
3.8 电干扰
来自外界环境的电干扰通常可以通过共模抑制删除。但是，如果外接环境的电干扰在各个电极之间的信号差异较大，也就是说干扰信号在各个电极之间不同，那么通过共模抑制也不能较好地去除。最普遍的电干扰伪迹是50Hz（欧洲）或者60Hz（美国）的交流电干扰。通过检查电极线连接以及检查阻抗能够帮助减少这种伪迹。为了减少电干扰，应该使用屏蔽设施，通过电缆将电干扰引入到外部。
3.9 脑电测试中对运动的限制
在体育运动中，进行神经影像测量时面临的一个主要问题是受试者的运动。实际上，脑电测试比其他的神经影像技术要有本质上的优势。相对来说，脑电仪便宜、便携轻便，并且可以在实验室之外的运动场地对一个真正运动项目运动员的神经活动进行评价。
便携式的放大器可以直接记录多通道的脑电信号，将这些脑电信号记录在一个闪存记忆卡中，最长记录时间可以高达48h，然后在实验记录结束后将实验结果输入到计算机进行离线分析。这些放大器可以同步记录肌电、心电、眼电、心率、呼吸以及皮肤阻抗。无线技术发展使得脑电记录也能够完成无线记录，通过无线传输技术实时传递给计算机，这能够帮助实现运动过程中的生物反馈。四通道的无线放大器总量＜200g，放大器可以捆绑在后背部的一个小区域，电极线通过吸汗头带固定在头部。这可以使受试者在30m半径的范围内相对没有限制地运动。在记录脑电过程中同时记录声音信号，这个声音信号对应这个某一个事件的发生，例如，射击的瞬间、触球的瞬间，这样可以探测事件发生时大脑内神经活动。目前很多科技公司正在研发高质量的芯片传感器以及采用身体热量供电的脑电采集系统。