6种可穿戴脑电设备的基本要素通常蕴含以下四点

脑电图是一项古老的脑成像技术，但迄今为止仍然是最重要的分支脑成像技术之一。 这次，它受益于脑电图设备相对于其他脑成像技术的优势，如便携性、应用成本低、非侵入性、时间分辨率高、频率信息丰富等。 对于教育领域的理论应用来说，目前正在蓬勃发展的可穿戴脑电设备由于其便携性、成本、应用难度等特点，是最有潜力进入实际教育场景的脑成像技术类别。 具有更加明显的优势。

本文的主要目的是对现有的不同类型的商业可穿戴脑电图设备及其应用进行简要分析和介绍。 基于不同脑电图设备在认知神经科学和教育领域的受欢迎程度和潜在适用性，我们比较了以下6种可穿戴脑电图设备。

识别脑电图设备的基本要素通常包括以下四点：

1.电极数量：电极是小型金属传感器，可以检测来自大脑的信号。 一般来说，电极越多，检测到的脑电波越好，可以进行的脑电波分析也越广泛和深入。

2.湿电极或干电极：湿电极在测试前需要在每个电极上涂上导电凝胶或盐水，而干电极则不需要。 干电极拥有更舒适的体验。

3. 有线或无线：本文提到的所有设备都是无线设备，也可以称为“移动”设备。 有线脑电图设备主要应用于尖端研究和医疗领域。 设施的移动性和便携性对于理论应用非常重要。

4、佩戴舒适度/可接受性：脑电图设备佩戴的舒适度会间接影响受试者的测试状态。 佩戴更舒适的脑电设备会带来更好的实验结果，并有机会在理论上使用。

除了上述基本因素外，脑电设备的另一个指标就是采样率。 采样率是每秒可以采集的数据点。 更高的采样率支持更高的时间分辨率。 此外，电池的不间断使用时间也是一个重要因素。 这个因素会限制测试可以进行的时间，对于测试的完整性具有重要意义。

表1总结了本文要介绍的六种EEG设备的次要特征。

表1 几种可穿戴脑电设备的二级技术指标

1.缪斯-2

MUSE-2是加拿大多伦多一家科技公司开发的可穿戴脑电图设备。 用户可以通过佩戴该设备并使用移动设备上安装的特定软件来检测脑电波。 据该公司介绍，当用户佩戴这款设备时，他们可以直观地看到自己的脑流变化，从而更容易地训练自己的情绪。

MUSE-2专注于服务用户，主要用于冥想和睡眠分析。 它可以与指定应用程序实时无线连接，进行神经反馈训练，并可在256Hz采样率下间歇使用5小时。 MUSE-2的主要缺点是可用性（支持蓝牙连接和与外部应用程序的轻松交互）、舒适性（薄而轻、干电极）以及可以检测心跳、休息和呼吸的传感器（PPG、加速度计和陀螺仪） 。 乐器）。 MUSE-2的主要缺点是电极数量比较少，只有4个电极，空间分辨率较差。 利用如此少量的电极检测到的脑电波很难确定脑电流的位置。 对于更简单的大脑认知流程不足以描述能力（相对于电极数量较多的脑电设备）。

MUSE-2已被应用于从健康到娱乐的各种场合，并有近200种与之相关的出版物。 由于MUSE-2常被称为“冥想脑电设备”，因此上面介绍了一个研究尼泊尔僧人的例子[1]。

来自维多利亚大学和不列颠哥伦比亚大学的研究人员回到珠穆朗玛峰山脚的一座修道院，测量和研究僧侣在冥想和其他活动中的脑电波。 研究结果表明，僧侣在打坐时大脑仍然非常迟钝。 与工作相比，冥想时他们的大脑更加放松、专注和同步。 研究人员还发现，当僧人冥想后玩电子游戏时，他们的大脑神经元对视觉感知变得更加敏感。

图1. MUSE-2脑电图设备示意图； 僧人头戴MUSE-2进行冥想

2.-EPOC X

-EPOC X（以下简称EPOC Addressing Brainwave Patterns。EPOC X是EPOC+的改进版本。最大的改进是增加了旋转头带，以缩短补液时间。

与 MUSE-2 类似，EPOC X 也是一款用户友好的头戴式脑电图设备。 不同的是EPOC X有14个电极，可连续使用6小时，采样率高。 EPOC X的主要优势在于，它是一款人性化的轻便耳机，佩戴起来非常舒适，并且支持无线蓝牙连接。 主要缺点是用户在使用前需要向传感器中添加特定的溶剂。 它是湿式电极，因此虽然结构看似复杂，但实际使用起来并不不方便。 此外，如果需要获取脑电信号的原始数据，用户需要付费订阅。 这会给科研用户带来极大的不便。

图2. EPOC X EEG设备示意图

因为EPOC的消费者

这里有些例子：

通过脑机接口（BCI）控制的微型汽车[2]，见图3；

由人脑控制的老鼠“机器人”（例如植入老鼠大脑的电极）[3]

情感共鸣。 例如，播放的音乐类型与脑电图检测到的情绪一致[4]；

研究人们在城市中行走时对不同地点之间距离的感知[5]。

图3 应用-EPOC X通过BCI对微型汽车进行监管

3.-DSI 24

DSI-24是美国公司开发的干电极头戴式脑电图设备。 电极外侧增加了弹簧，可以更好的贴合头皮，减少电极对头皮的硬压。 该设计非常方便，可以在5分钟内记录用户的脑电图，使其适合在办公室或实验室环境中轻松移动。

DSI-24包含24个电极，采样率为300Hz，通过蓝牙无线连接，非常容易搭建测试环境。 并且实验完成后，可以立即下载脑电信号的原始数据，并可以通过提供的软件继续监测。 DSI-24的突出优点之一是它包含2个电池盒，即测试时可以打开其中一个电池盒更换备用电池。 该操作不会中断信号采集，因此可以认为DSI-24可以无时间限制地使用。 申请时间长。

图4. DSI-24脑电图装置示意图； 用户佩戴 DSI-24 EEG 设备。

尽管DSI-24的电极数量较多，但佩戴时仍然具有良好的舒适度。 该装置的尺寸可调节，可适应各种头部尺寸。 理论测试表明，对于大多数普通受试者来说，间歇佩戴一小时以上即可达到较高的可接受程度。 此外，该设施的最大优点之一是电极是干电极，其应用和保护都相当困难。 需要注意的是，对于通过DSI-24收集的脑电数据进行处理，用户必须具备相关的脑电技术知识和能力。

2017 年，不列颠哥伦比亚大学的一个研究团队发表了一项研究，他们在教育环境中使用 DSI-24，通过检测学生的脑电信号来评估学生在回答生物课问题时的认知负荷 [6]。

4.-赛顿

Cyton是该公司设计的干电极头戴式脑电图设备。 它是一家开发低成本开源脑电图的公司。 其目标是帮助对脑科学和脑机接口感兴趣的业余爱好者以低成本获取脑电信号和数据并进行研究。 其产品专注于脑机接口。 驱动机器并绘制脑流图。

Cyton设施有16个电极，通过蓝牙无线连接，24小时不间断运行，采样率为250Hz。 该产品最大的优势在于DIY功能，用户可以灵活改变电极数量、连接其他类型的传感器或访问其他开源工具。 Cyton 的局限性与 DSI-24 类似，用户需要具备一定的编码和神经科学方面的专业知识才能获得更好的应用效果。

最近，巴西UTFPR大学在一项研究中使用Cyton系统来评估学生通过智能辅导系统（ITS）学习时的情绪。 学生情绪的变化会反馈给ITS，ITS可以根据学生情绪的变化做出相应的决定。 调整教学内容以提高教学质量[7]。 2019年，埃及一所大学使用脑电图设备和VR帮助中风患者恢复活动能力。 该项目将患者的大脑信号输出到游戏中。 通过VR显示，游戏内容将根据患者的大脑信号而定。 调整以优化患者的康复[8]。 天津大学的一个研究小组正在使用脑电图设备将脑机接口连接到机器人的书写臂。 当受试者看到汉字时，受试者大脑发出的信号会指示机器人写出它看到的汉字[9]。

图5. 头戴式脑电图设备； 通过BCI控制的机器人写汉字

5.CGX-Quick 30

Quick-30是美国CGX公司生产的头戴式干电极脑电设备。 与Quick-20r相比，Quick-30减少了电极数量，提高了采样率，缩短了待机时间。 Quick-30 融合了众多机械和结构改进，可加快安装速度并显着提高耐用性和磨损时间。

Quick-30 EEG 设备包含 30 个电极，并通过蓝牙无线连接。 可连续运行16小时，采样率高达16小时。 与本文提到的其他设备相比，Quick-30的主要优势在于它拥有最多的电极数量和更高的采样率，可以更好地识别受试者大脑的位置以及信号产生的时间，也就是说，它可能会失去更高的空间和时间分辨率。 Quick-30 的缺点是舒适性，因为它的重量是一些用户友好型设备（例如 MUSE-2 和 EPOC X）的两倍多。

CGX的产品应用范围广泛，其脑电图设备已被全球数百家研究机构使用。 密苏里大学的研究人员使用 CGX 工具来评估受试者在玩视频游戏时的情绪状态。 他们试图识别三种不同的情绪状态：交流、无聊和焦虑。 该研究可以为游戏设计师提供反馈以改进游戏。 体验感[10]。 广州科技大学的研究人员使用CGX设备来评估车辆驾驶员的睡意。 通过收集和分析受试者的脑电图数据，他们观察受试者的警觉程度，并评估他们是否感到疲倦并伴有困倦。 这项研究可能有助于增加交通事故的风险[11]。

图6. Quick-30 EEG装置示意图； 驾驶员头上佩戴 Quick-30 脑电图设备

6.-移动设备

mobi是该公司推出的一款小巧轻便的头戴式湿电极脑电设备。 可以随时记录脑电图。 与配套的移动应用程序配合使用时，可以实现高质量的数据记录，可用于实验室和日常生活。 实时监测脑流。

移动脑电图设备包含 24 个电极，并通过蓝牙无线连接。 可连续运行5小时，采样频率为500Hz。 mobi的主要缺点是重量轻，重量不到60克，对于包含24个电极的脑电图设备来说已经非常轻了。 mobi的缺点是用户在使用前需要向传感器中添加特定的溶剂，即湿电极。 与上述设施不同的是，mobi是一个覆盖整个头皮和耳朵的帽子，而不是具有独立扩散可调电极的设施。

图7. mobi脑电图设备示意图

比利时著名的鲁汶大学使用mobi在家中研究受试者的自然活动。 受试者需要轻松完成各种日常活动，包括看书、看视频、玩数独游戏等。研究人员可以利用受试者的脑电图信号检测参与度、警觉性和精神负荷等指标，试验的目标是收集自然和实验室环境中的比较数据[12]。 维也纳大学和东京大学进行了一项跨文化研究，观察母亲和孩子通过佩戴移动设备的互动情况。 研究结果表明，当奥地利母亲看到环境中的某个物体时，她们会更加关注该物体，而日本母亲则更加关注该物体。 注意环境[13]。

图8. 佩戴mobi进行家庭自然流量测试

概括：

在本文中，我们结合认知神经科学和教育领域，简要介绍了六种不同类型的商用可穿戴移动脑电设备，包括MUSE-2、-EPOC X、-DSI 24、-Cyton、CGX-Quick 30和-mobi，并举例说明这六种脑电图设备的理论应用。 这些设施都有自己的特点、缺点和优点。 好的脑电设备不仅能检测到高质量的脑电信号，还能提供更好的佩戴舒适度和实验体验。 不同的脑电设备有不同的实际场景。 对于教育领域的理论应用来说，可穿戴脑电设备是最有希望进入真实教育场景的脑成像技术类别。 基于可穿戴脑电设备的教育研究的发展也非常重要。 值得我们特别期待。

参考文献 Mills, & , Igor & , Walid & , Disha & Olney, & D'Mello, 。 （2017）。 戴上帽子：使用脑电图加载。 80-89。 10.1145/..

//做…

12.Zink, Rob 和 Vos, M. (2018)。 在家做脑电图的眼睛。 10.13140/RG.2.2.27862.40007。

13.osf.io/g7meu/下载...

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