脑电信号采集时参考电极和接地电极的作用及区别

非植入式脑电电极一般分为三种，测量脑电的电极（Electrode），参考电极（Ref），接地电极（GND）三种。

一般我们都知道，在测量生物体电位的时候，比方脑电，肌电等，基本上都采用差动电路，把测量电极和参考电极的数值相减做差，再通过放大电路把测量到的几微伏的微弱信号进行放大，以便于后期的信号处理。

那这时候，我们发现接地电极的立场就很尴尬了。

第一，差动电路用不到它，那岂不是可以不用他了？不是！相反的，它是必不可少的，你必须接上它才能测到生体信号。

第二，它不也不是像它名字一样直接接入大地，相反的要接在人体上。那它在整个测量过程中扮演了一个什么角色呢？

我们知道，我们要测量电压的时候，必须得有一个高电势的点和低电势的点，这两点的差值对应为电压值。所以在测量脑电的时候，我们也必须得有两个点。其中一个是测量电极无疑了，那另一个是哪个呢？一般认为无限远的地方的电势为0，那脑电的真实数值应该是这两点的差值。但是在现实生活中无法取到无限远的地方，那我们普遍使用大地来作为0基准参考点。但是在脑电设备中使用大地作为参考点的话，我们记录下来的并不仅仅是脑电信号，而是记录下了头皮上的信号和地面的差值，这其中包含了身体上的其他信号，比方心跳，呼吸，肌电等等，甚至还会包含外部设备带来的噪声。所以，这个时候，在电路上会构造一个虚拟的接地电极，接在运放上面，而且这个接地电极跟运放是断开的。由于这个虚拟的接地电极（GND）本身有可能是带有电势的，这样就会影响到测量数据的准确性，所以才导入了参考电极（Ref），并通过差动运放把GND的影响给去除掉。

如果脑电电极上的电势为E，GND的电势为G，Ref的电势为R的话，那脑电的电压是（E-G），参考电极的电压值是（R-G），差动运算计算脑电和参考电极的电压差为（E-G）-（R-G）=E-R，这就是我们一直以来认知的脑电实际测量的是单个电极和参考电极的差值的由来。同时也把GND的影响给消除掉了。所以Ref对数据的取值变得尤为重要。GND虽然没有实际出现在结果中，但是是个幕后英雄，相当于一个载体，或者是中间商，在电路里发挥了作用。所以我们也不能不接它，让它变成黑心的奸商，那样的话也无法测量到正确的数据。GND电极主要是有助于排除工频带来的干扰。

所以，实际上我们在身体上能找到一个0电势的点的话，我们完全可以把GND和Ref合二为一。 就是因为难以找到，才出现了各式各样的记录方法和解释。同时根据各个实验和任务以及分析手法的需要，采用不同的参考点来记录脑电数据。目前，较为常用的参考电极是单侧耳垂或者双侧乳突的平均或者全脑的平均，鼻尖和下颚作为参考的比较少。

这就是各个电极在测量中扮演的角色。现在的测量电极一般都采用有源电极（active electrode）来提高信噪比。