腦電和腦磁圖是唯一能以毫秒級時間分辨率無創(chuàng)記錄全腦活動的技術(shù)，但其空間定位能力長期受困于“逆問題”——即同樣的頭皮信號可對應(yīng)無數(shù)種腦內(nèi)源分布。傳統(tǒng)求解方法往往采用過于簡化的數(shù)學(xué)假設(shè)，導(dǎo)致重建的腦活動空間模糊、生物學(xué)意義不清，限制了腦科學(xué)基礎(chǔ)研究與癲癇等腦疾病術(shù)前定位的臨床應(yīng)用。

2026年4月27日，南方科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系劉泉影/顧東風(fēng)教授、復(fù)旦大學(xué)陳亮團(tuán)隊在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》上發(fā)表題為《幾何感知框架增強全人腦動力學(xué)的無創(chuàng)映射》的研究論文。該研究提出一種名為幾何基函數(shù)（GBF）的全新腦電源成像方法，通過將每個個體獨有的皮質(zhì)幾何結(jié)構(gòu)直接嵌入逆問題求解，顯著提升了無創(chuàng)腦電圖/腦磁圖源定位的精度與生物學(xué)可解釋性。

研究團(tuán)隊首先從個體結(jié)構(gòu)磁共振圖像中重建出精細(xì)的皮質(zhì)表面網(wǎng)格，并求解拉普拉斯-貝爾特萊米特征方程，得到一組正交的幾何基函數(shù)。這些基函數(shù)從低頻光滑模式到高頻精細(xì)模式，恰好構(gòu)成了描述腦活動的高效“幾何詞典”。GBF方法假設(shè)任意時刻的皮質(zhì)源活動均可表示為這些幾何模式的線性組合，從而將原本自由度過高的逆問題約束在個體天然的解剖流形上。為系統(tǒng)驗證該方法，團(tuán)隊構(gòu)建了首個基于元分析功能磁共振激活圖譜的“元源基準(zhǔn)”：利用NeuroVault和NeuroSynth數(shù)據(jù)庫中的數(shù)萬幅統(tǒng)計腦圖，聚類生成200個具有明確認(rèn)知標(biāo)簽的分布式源模式，并正向模擬出相應(yīng)腦電信號。在多種噪聲條件下，GBF在所有五項定量指標(biāo)（歸一化均方根誤差、定位誤差、皮爾遜相關(guān)、余弦相似度、ROC曲線下面積）上均顯著優(yōu)于最小范數(shù)估計、加權(quán)最小范數(shù)、sLORETA、eLORETA、dSPM等傳統(tǒng)方法，尤其在真實噪聲環(huán)境下優(yōu)勢更為突出。區(qū)域誤差分析顯示，GBF在95%的皮質(zhì)腦區(qū)中均達(dá)到最低誤差，僅深部/腹側(cè)區(qū)域因體積傳導(dǎo)物理限制殘留少量偏差。

在真實實驗數(shù)據(jù)中，GBF同樣展現(xiàn)出卓越性能。對于視覺、聽覺、體感和運動任務(wù)的誘發(fā)腦電，GBF重建的激活圖譜與基于數(shù)千篇文獻(xiàn)的元分析金標(biāo)準(zhǔn)高度吻合：視覺任務(wù)精確定位初級視覺皮層，聽覺任務(wù)鎖定雙側(cè)聽覺皮層，右手正中神經(jīng)刺激激發(fā)對側(cè)軀體感覺皮層，右手手指敲擊任務(wù)則清晰顯示左側(cè)運動皮層的周期性調(diào)制。相比之下，傳統(tǒng)方法的空間圖譜往往過度彌散或出現(xiàn)虛假雙側(cè)激活。在靜息態(tài)腦磁圖數(shù)據(jù)中，GBF重建的全腦功能連接與顱內(nèi)腦電直接記錄的“虛擬顱內(nèi)腦電連接組”在θ、α、β和低γ頻段顯著相關(guān)，在β頻段達(dá)到最高一致，并成功復(fù)現(xiàn)了枕葉、頂葉、額葉、顳葉的腦區(qū)特異性連接格局。針對顱內(nèi)電刺激同步高密度腦電數(shù)據(jù)，GBF能以毫米級精度定位實際的刺激電極位置——在318個刺激間期統(tǒng)計分析中，GBF的定位誤差顯著小于其他四種方法，且對不同刺激深度均表現(xiàn)穩(wěn)健。更重要的是，GBF首次無創(chuàng)地捕捉到了刺激誘發(fā)的皮層波傳播過程：利用光流分析技術(shù)，在刺激后數(shù)十毫秒內(nèi)即可追蹤到從刺激點向三個功能網(wǎng)絡(luò)（感覺運動、前額葉、背側(cè)注意）的快速定向傳播，隨后在更晚時間窗出現(xiàn)更廣泛、更緩慢的波前擴(kuò)散模式，這與侵入性皮層-皮層誘發(fā)電位研究結(jié)果高度一致。在臨床應(yīng)用方面，研究納入了24例術(shù)后預(yù)后良好的癲癇患者，以手術(shù)切除灶為金標(biāo)準(zhǔn)，評估不同方法基于發(fā)作間期棘波定位致癇區(qū)的能力。GBF定位的峰值頂點距切除邊界的距離最小，且顯著優(yōu)于最小范數(shù)估計；在兩位高密度腦電癲癇患者中，GBF的早期激活模式與臨床專家標(biāo)注的發(fā)作起始區(qū)吻合。以上結(jié)果共同表明，將個體皮質(zhì)幾何作為生物學(xué)先驗嵌入源成像，能夠大幅提升無創(chuàng)全腦電生理動力學(xué)的重建精度，為理解腦波傳播規(guī)律、優(yōu)化癲癇術(shù)前評估提供了全新工具。

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