EEG（脳波検査）を通じて、脳の電気的活動が、私たちの思考、感情、行動のすべてをどのように支配しているのかを解き明かしましょう。この非侵襲的で高解像度の技術は、頭皮に装着した電極を通じて神経活動を記録し、脳の信号をリアルタイムで捉えます。睡眠、注意力、感情の研究から、ニューロマーケティングや認知科学の研究への応用に至るまで、EEGは他のどのツールにもない独自の視点から人間の行動に関する知見を提供します。
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世界におけるあらゆる行動、思考、記憶、感情、そして経験は、すべてあなたの脳によって生み出されています。脳は、その構造も機能も極めて複雑な器官です。眠っている時も起きている時も、次の会議の準備をしている時も、街をのんびりと散歩している時も、脳は常に活動しており、情報を吸収し、解釈し、既存の脳のネットワークに統合し続けています。
では、EEGとは何でしょうか？
脳波検査（EEG）とは、頭皮表面から脳が生み出す電気を記録する技術である。1920年代にドイツの神経学者ハンス・ベルガーによって初めて人間に適用された脳波検査は、頭皮に装着した電極を通じて、脳が生み出すすべての電場の総和を記録するものである。
他の生理学的記録（EDA（GSRとも呼ばれる）など）では、多くの場合、センサー1セットのみで済むのに対し、EEGの記録には電極アレイが使用されます。通常、実験の規模に応じて、10個から512個までのさまざまな数の電極で構成されます。装着を迅速に行うため、EEG電極は伸縮性のあるキャップ、メッシュ、または硬質のグリッドに取り付けられており、これにより、セッションや被験者が異なっても、頭皮上の同一の位置からデータを収集できるようになっています。
EEGは、比較的安価で、非侵襲的、かつ完全に受動的な記録手法です。1秒間に複数のセンサーを通じて数百から数千もの脳波のスナップショットを捉えることができるため、時間分解能に優れています。この特性により、EEGは脳が生み出す信号を研究する上で理想的な手法となっています。
脳波検査はどのように行われるのですか？
EEGの応用範囲は極めて広く、臨床応用（例：神経変性脳疾患の診断[1]）から工学プロジェクト（例：ブレイン・コンピュータ・インターフェース[2]）、学術的な人間行動研究（例：認知心理学[3, 4]）、さらには商業的な人間行動研究（例：ニューロマーケティング[5]）にまで及んでいる。
これらの研究分野はいずれも、ニューロンの発火によって生じる脳からの電気信号を追跡するために、EEGを利用しています。
ニューロン
ニューロン、すなわち脳細胞は、脳の大部分を占めています（成人の脳には約860億個のニューロンが存在します[7]）。脳には他にも重要な機能を果たす細胞が存在しますが、ニューロンは情報伝達の主役であり、そのつながりはシナプスを介して形成されます。ニューロン間の情報伝達において、シナプス接続は「オン」の状態となり、これにより細胞膜を横切るイオンの流れが変化します。
この神経伝達により微弱な電場が生じ、これは一般にシナプス後電位（PSP）と呼ばれる [8]。もちろん、単一のニューロンのPSPは、検出できるほど十分に大きくないかもしれない。しかし、同様の向きを持つ数十万のニューロンでPSPが同時に発生すれば、それらは加算され、電気信号は脳組織、頭蓋骨、頭皮全体へと急速に伝導される [9]。 （PSPによる）十分な同期活動が生じれば、神経振動が記録されるようになる。これでは、（単一の細胞と比較して）より広範な領域にわたる脳の電気的活動が、リズミカルな様相で増減しているように見える。
脳波信号
認知的または感情的な状態を反映していると思われる、いくつかの振動周波数が特定されている。 これらの周波数は、デルタ波（0.5～3 Hz；徐波睡眠に関連 [10]）、シータ波（4～8 Hz；眠気や無為な状態に関連 [11]）、アルファ波（8～12 Hz；リラックスした覚醒状態に関連 [12]）、ベータ波（13～25 Hz；覚醒状態や集中した注意に関連 [13]）、およびガンマ波（> 25 Hz、刺激特徴の結合や連合学習に関連 [14, 15]）である。これらの関連性は、各周波数がどのような状態と結びついているかの一つの図式を示しているが、もちろん、それぞれに関連する認知的側面や特徴は他にも数多く存在する。
単一細胞レベルではニューロンの活動は極めてランダムであるが、脳波（EEG）で記録すると、振動パターンが現れる。
EEGデータからは、脳の働きについて何らかの示唆を与えるその他の指標やシグナルも収集可能です。例えば、ERP（事象関連電位）研究では、刺激の提示に伴う脳活動を記録し、それに続くEEG信号の特徴を明らかにします。一部のEEG機器メーカーは、眠気や集中度など、特定の認知状態に関連付けられた既成の指標を提供しています。これらは、人間の行動研究に役立つようEEGデータを分析する数多くの手法の一例に過ぎません。
高い時間分解能と、（fMRIなどの他の脳画像法に比べて）比較的容易な実施方法により、EEGは、こうした指標や信号を用いて脳に関する結論を導き出すような研究に特に適している。
ここでは、EEGの基本について簡単にご紹介します。この技術の詳細や研究での活用方法についてさらに詳しく知りたい方は、以下の無料ガイドをダウンロードしてください。また、こちらの有益な記事では、EEGハードウェア分野のトップ14社をご紹介しています。
脳波（EEG）の基礎原理と高度な技術をしっかりと理解するためには、定評のある文献を深く読み込むことが重要です。専門家にも学生にもおすすめの、脳波に関する優れた書籍をご紹介します。
参考文献
(1) Jeong J. (2004). アルツハイマー病患者における脳波の動態. Clin. Neurophysiol. 115, 1490–1505. 10.1016/j.clinph.2004.01.001
(2) Wolpaw JR, McFarland DJ, Neat GW, Forneris CA. (1991). カーソル制御のための脳波（EEG）ベースの脳－コンピュータ・インターフェース. Electroenceph Clin Neurophysiol. 78:252–259.
(3) Gotlib, I. H. (2010). 「EEGアルファ波の非対称性、うつ病、および認知機能」. Cognition and Emotion. 12, 3, 449-478.
(4) Klimesch W. EEGのアルファ波およびシータ波は認知機能と記憶能力を反映する：総説と分析. Brain Res Brain Res Rev. 1999;29(2–3):169–95. Epub 1999/04/21. pmid:10209231.
(5) Ramsøy, T. Z., Skov, M., Christensen, M. K., and Stahlhut, C. (2018). 前頭葉の非対称性と支払意思額. Front. Neurosci. 12:138. doi: 10.3389/fnins.2018.00138
(6) Herculano-Houzel S. (2009). 数字で見る人間の脳：直線的に拡大された霊長類の脳. Front. Hum. Neurosci. 3:31. 10.3389/neuro.09.031.2009
(7) Azevedo F. A., Carvalho L. R., Grinberg L. T., Farfel J. M., Ferretti R. E., Leite R. E. (2009). 神経細胞と非神経細胞の数が等しいことが、ヒトの脳を等尺的に拡大された霊長類の脳にしている。J. Comp. Neurol. 513 532–541. 10.1002/cne.21974
(8) Ashby P., Zilm D. (1982). 同名グループ1のボルテによってヒト単一運動ニューロンに誘発されるシナプス後電位の特徴. Exp. Brain Res. 47, 41–48. 10.1007/bf00235884
(9) Olejniczak P. EEGの神経生理学的基礎. Journal of Clinical Neurophysiology. 2006;23:186–189. doi: 10.1097/01.wnp.0000220079.61973.6c.
(10) Braun A. R., Balkin T. J., Wesenten N. J., Carson R. E., Varga M., Baldwin P., et al. (1997). 睡眠・覚醒サイクルにおける局所脳血流。H₂(15)O PET による研究. Brain J. Neurol. 120 (Pt 7), 1173–1197. 10.1093/brain/120.7.1173
(11) Strijkstra AM ほか. 人間の安静時覚醒脳波において、主観的な眠気は全脳のアルファ波（8～12 Hz）と負の相関を示し、中央前頭部のシータ波（4～8 Hz）と正の相関を示す。Neurosci Lett. 2003;340(1):17–20.
(12) Laufs H, et al. (2003). ヒトのアルファ波活動に関するEEGと相関したfMRI. Neuroimage. 19:1463–1476. doi: 10.1016/S1053-8119(03)00286-6.
(13) Niedermeyer, E, & Lopes da Silva, F. H. (2005). 『脳波検査：基本原理、臨床応用および関連分野』. ペンシルベニア州フィラデルフィア：Lippincott Williams & Wilkins.
(14) Başar-Eroglu C., Strüber D., Schürmann M., Stadler M., Başar E. (1996). 脳におけるガンマ波帯の反応：心理生理学的相関と機能的意義に関する短評. International Journal of Psychophysiology, 24(1), 101–12.
(15) Miltner W.H.R., Braun C., Arnold M., Witte H., Taub E. (1999). 連合学習の基盤としてのガンマ帯域の脳波活動のコヒーレンス. Nature. 397:434–436.