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原理
腦電圖（electroencephalography，EEG）在頭皮上記錄大腦皮質大量神經元同步活動所產生的電位變化，單位是微伏（µV）。訊號很弱，容易被眼動、肌肉與心跳等其他電訊號蓋過。（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015） EEG 能追蹤毫秒級的變化，但頭皮上的訊號是許多腦區活動混合的結果，無法精確指出來源位置。（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015；Cahn & Polich, 2006）
冥想與放鬆研究多用頻譜分析：把連續訊號拆成不同頻帶，計算各頻帶的功率。（Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015） 另一種常見分析是事件相關電位，把同一類刺激後的反應平均起來觀察。（Krigolson et al., 2017）
頻帶與常見解讀
頻帶界線在不同研究間略有差異，下表是常見範圍。alpha 頻率因人而異，有研究建議以每個人自己的 alpha 峰值頻率為基準調整頻帶。（Klimesch, 1999）
| 頻帶 | 常見範圍 | 常見解讀 | 量測上的注意 |
|---|---|---|---|
| delta | 約 0.5–4 Hz | 深度睡眠時明顯，清醒成人通常不多 | 清醒時額頭位置的 delta 常是眨眼、眼動造成的雜訊 |
| theta | 約 4–8 Hz | 睏倦或入睡過程中上升；冥想研究常見上升 | 上升可能只是想睡，不一定代表冥想狀態；也易受眼動雜訊影響 |
| alpha | 約 8–12 Hz | 清醒、閉眼休息時明顯，睜眼或投入作業時下降 | 睜眼與閉眼差異很大，比較時要同一條件 |
| beta | 約 13–30 Hz | 與清醒、主動思考有關 | 易受臉部與頸部肌肉活動干擾；冥想研究結果不一致 |
| gamma | 約 30 Hz 以上 | 與高層次訊息整合有關的假說 | 頭皮 gamma 極易被咬牙、皺眉等肌電干擾 |
依據 （Klimesch, 1999；Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）。
冥想與放鬆時的腦波
早期的回顧指出，冥想時腦波整體傾向變慢，theta 與 alpha 活動和練習熟練度有關，但不同冥想方式的結果差異很大。（Cahn & Polich, 2006） 一篇整理 56 篇正念 EEG 研究的系統性回顧發現，和閉眼休息相比，正念時最常見 alpha 與 theta 功率上升，但並非每篇研究都如此；beta、delta、gamma 沒有一致的模式。（Lomas et al., 2015）
慢速呼吸的研究多報告 alpha 上升、theta 下降，方向和部分冥想研究的 theta 結果不同。（Zaccaro et al., 2018） 另外，睏倦時 theta 上升、上段 alpha 下降，所以放鬆時看到的 theta 上升，也要考慮「快睡著了」這個可能。（Klimesch, 1999）
目前沒有公認的單一「放鬆腦波指標」
研究上常觀察到某些頻帶的變化，但結果並不一致。Mandala Hub 的腦波六軸是 0～100 的相對分數，用來觀察同一個人在同一場次中的變化方向。詳見量測與研究。
消費級頭帶與醫療級系統
| 面向 | 消費級頭帶 | 醫療級或研究級系統 |
|---|---|---|
| 電極數量與位置 | 少，位置固定在前額或耳後 | 通常多通道，依標準位置配置 |
| 訊號品質 | 部分研究發現功率頻譜整體偏高、再測變異較大 | 資料品質與再測可靠度較好 |
| 雜訊 | 前額電極較易受眨眼與額部肌肉干擾 | 同樣會受干擾，但多通道可做較完整的雜訊分離 |
| 研究用途 | 可測得部分事件相關電位成分，設置快速 | 頻譜與事件相關電位研究的方法基準 |
上述比較研究的樣本都很小，結論應保守看待。（Ratti et al., 2017；Krigolson et al., 2017） 比較合理的定位是：消費級頭帶適合觀察同一人在同一場次、相同條件下的相對變化，不適合做臨床判讀，也不適合和其他人或其他裝置的數值直接比較。
雜訊與眼動干擾
| 來源 | 樣貌 | 主要影響 |
|---|---|---|
| 眨眼、眼球轉動 | 前額電極上大振幅、低頻的波 | delta、theta 被高估 |
| 臉部與頸部肌肉（咬牙、皺眉、吞嚥、說話） | 寬頻、高頻的雜訊 | beta、gamma 被高估 |
| 心跳 | 規律出現的心電波形 | 部分電極出現週期性干擾 |
常見的去雜訊方法需要多個通道；少通道的頭帶通常只能偵測並剔除受干擾的片段。（Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015） 量測時坐穩或躺穩、放鬆下顎與眉頭、避免說話，可以減少干擾。
影響量測的因素
- 睜眼或閉眼：alpha 在閉眼時明顯較高，比較時條件要一致。（Klimesch, 1999）
- 睏倦程度：theta 上升、上段 alpha 下降。（Klimesch, 1999）
- 年齡與個人 alpha 頻率：頻帶界線與功率因人而異。（Klimesch, 1999）
- 冥想方式與經驗：不同方式、不同經驗者的腦波變化不同。（Cahn & Polich, 2006；Lomas et al., 2015）
- 裝置：不同系統的頻譜數值與再測一致性不同。（Ratti et al., 2017）
常見誤解
| 常見說法 | 比較準確的說法 |
|---|---|
| alpha 高就是放鬆，beta 高就是有壓力 | 頻帶與心理狀態沒有一對一的對應，結果受條件、方法與個體差異影響 （Klimesch, 1999；Lomas et al., 2015） |
| theta 上升代表進入深層冥想 | 也可能是想睡，或眼動造成的低頻雜訊 （Klimesch, 1999；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015） |
| gamma 越高越好 | 頭皮 gamma 很容易被肌肉活動干擾，冥想研究的結果也不一致 （Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015；Lomas et al., 2015） |
| 頭帶的腦波分數可以跟別人比 | 每個人的 alpha 頻率不同，裝置之間的數值也不同 （Klimesch, 1999；Ratti et al., 2017） |
| 消費級頭帶等於醫院的腦波檢查 | 資料品質、可靠度與雜訊處理都有落差 （Ratti et al., 2017） |
與 HRV 一起看
神經內臟整合模型把心臟調節與大腦的情緒調節放在同一個架構中，這是同時量測 HRV 與 EEG 的理論背景。（Thayer & Lane, 2000；Thayer et al., 2012） 慢速呼吸研究同時報告 HRV 上升與 alpha 上升，是兩種訊號一起變化的較直接證據，但研究數不多、方法差異大。（Zaccaro et al., 2018） 兩種訊號都受呼吸、姿勢、動作與睏倦影響，兩者同時變化時，要先排除這些共同因素。（Laborde et al., 2017；Klimesch, 1999；Urigüen & Garcia-Zapirain, 2015）