脑机接口:从科幻到现实
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2.1 电场、电势、电压和电流的概念

从高中物理学的知识里,我们知道:

电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场;

电场中某一点的电势是将一个单位电荷从人为设定为零电势的参考点逆势移动到该点所需要做的功,单位为V;

电压是电场中两点间的电势差;

电流是电荷在电场或导体中的定向移动,它的方向定义为正电荷移动的方向。电流的大小称为电流强度(常简称为电流),是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。

在电生理学中,我们经常提到电流和电压。而我们常说的脑电信号其实是一个电压信号,是两个神经电极所在的两个位置在头皮之间的电势差。导体内两点间有电势差就会有电流流动,所以,可以想象头皮内的微电流在头皮曲面内时刻形成一个流动的复杂图形。将一组电极放置在头皮表面,就可以检测到不同位置相对于同一个参考点(零电势点)的电势差或电压信号。

温习了这些基本概念,下面就让我们一起回顾一下发现生物电的曲折过程。为什么说这个过程很曲折呢?其实,任何新科学概念的产生和突破都有着类似的拨云见日、柳暗花明的过程,所以是有一定规律可循的。这里我们可以回忆一下中学时期第一次接触电场和电势概念时的感受,当时是不是觉得很难理解呢?这还只是我们被灌输一个已知正确的新概念时的艰难认知反应。在科学现象的发现、解释和概念创造的过程中,面临的困惑要比第一次学习一个新概念难几个数量级,形成相对正确的新认知常常需要修正,甚至否定原有的旧观念,比如“日心说”的提出,这也正是科学创新在认知层面的难点所在。