顾东风院士团队，最新Nature Biomedical Engineering：无创全脑动态电生理源成像
时间：2026-05-05 17:14:58 热度：37.1℃ 作者：网络
无创脑电（EEG）/脑磁（MEG）能以毫秒级时间分辨率捕捉全脑快速电活动，但头皮信号到脑内源的反演是典型病态逆问题，传统方法依赖过于简化、不符合生物规律的先验假设，导致空间定位模糊、结果难以解释，无法精准还原真实脑活动的时空动态。脑电波的产生与传播本质上受皮层折叠、几何形态等解剖结构严格约束，而现有源成像技术未能将个体专属的皮层几何特征作为有效约束融入重建过程。同时，无论是基础神经科学对全脑网络动态的解析，还是癫痫致痫区定位、颅内刺激响应追踪等临床需求，都迫切需要一种能兼顾高时空精度、生物合理性与个体化的无创脑动态映射方法。
南方科技大学刘泉影副教授、顾东风院士和复旦大学陈亮教授等人提出并系统验证了一种基于个体皮层几何的GBF（几何基函数）框架，用于提升EEG/MEG无创全脑动态源成像的精度与生物合理性。相关内容以“A geometry aware framework enhances noninvasive mapping of whole human brain dynamics”为题发表在《Nature Biomedical Engineering》上。
【主要内容】
图1 GBF几何感知框架用于EEG/MEG源成像的完整流程
作者先从个体结构MRI重建皮层表面并求解拉普拉斯–贝尔特拉米特征值问题得到几何基函数，再通过正演模型建立头皮信号与皮层源的关联，将皮层神经活动表示为GBF的线性组合以约束逆问题求解，随后通过元源基准仿真、任务态EEG、静息态网络、颅内刺激与癫痫病灶定位等多类验证与应用场景，完整呈现GBF方法从原理、建模到实测验证的全链条。
图2 元源基准数据集的构建方法与不同源成像方法的性能对比
作者基于大规模fMRI元分析图谱生成接近真实脑活动的分布式源与头皮EEG配对数据，在不同信噪比与真实噪声条件下，从NRMSE、定位误差、相关系数、余弦相似度、AUC等指标量化评估，证实GBF在各类噪声下的重建精度与鲁棒性显著优于MNE、sLORETA、eLORETA等传统方法。
图3 GBF在视觉、听觉、体感、运动四类经典任务态EEG中的源定位效果
作者先提取各任务的事件相关电位与时域/频域特征并展示头皮拓扑分布，再将GBF与wMNE、eLORETA的重建结果对比NeuroSynth元分析参考图谱，结果显示GBF能精准定位对应功能皮层，空间激活模式与经典神经生理发现高度一致，时空动态还原更准确。
图4 GBF从MEG重建的虚拟颅内EEG功能连接与真实颅内EEG静息态网络的一致性
作者通过构建群体水平iEEG连接组作为金标准，在不同频段对比GBF与传统方法的跨模态空间相关，结果显示GBF在θ、α、β、低γ等频段显著优于其他方法，能可靠还原全脑电生理功能连接的空间布局与各脑区内部连接强度。
图5 GBF在颅内电刺激场景下的定位与时空动态追踪能力
作者基于同步颅内刺激与高密度头皮EEG数据，量化对比不同方法的刺激位点定位误差，证实GBF在不同皮层深度下均保持最低定位偏差，同时通过相位梯度与光流分析还原刺激诱发神经活动的毫秒级传播路径与汇聚枢纽，完整复现刺激响应的时空传播规律。
图6 GBF在癫痫临床致痫区无创定位中的应用价值
作者以术后切除病灶与临床标注的发作起始区为金标准，对癫痫患者间期棘波进行源重建，结果显示GBF定位的最大激活顶点更接近真实致痫区，距离误差显著小于MNE、dSPM、eLORETA等方法，为癫痫术前无创精准评估提供可靠依据。
【全文总结】
该工作首次将个体皮层几何作为核心先验嵌入电生理源成像，建立了连接脑结构与功能的通用新框架，大幅提升无创全脑动态成像的精度与可解释性，为基础神经科学研究与癫痫等神经系统疾病的临床诊疗提供了关键技术支撑。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41551-026-01664-0
