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抑郁症的ERPs电流源模型与特征分析
采用3-刺激视觉oddball实验范式,研究干扰子刺激和靶刺激条件下抑郁症患者的大脑电流源的异常电流响应过程.分别采集了抑郁症和健康受试者的64导联脑电,以该实验任务的功能磁共振激活簇空间坐标为约束条件,建立了干扰子刺激和靶刺激条件下事件相关电位的脑区域源模型,通过脑源重建法计算得到14个区域源的源电流波形,经非配对t检验和置换检验后发现:在靶刺激条件下,抑郁症患者的右侧脑岛、右侧中央前沟在P300晚期产生的源电流幅度与正常人有显著差异(P＜0.05),它引起右侧头皮前额区的异常负电位.在干扰子刺激条件下,患者的左侧中央前沟在P300晚期产生的源电流与正常人有明显差异,差异显著性具有趋势意义(P=0.087),它引起左侧前额区的异常近零电位.结果表明:通过源电流计算发现了抑郁症患者的中央前沟和脑岛的P300活动发生显著异常.
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基于ERP情绪状态对工作记忆刷新功能影响研究
近年来,情绪对工作记忆的建设作用正逐步受到关注,尤其是情绪对工作记忆中央执行系统刷新功能的影响至关重要.组织16名青年受试者参与动态工作记忆任务实验,探讨积极、中性和消极三类不同情绪状态对工作记忆刷新功能的影响.实验首先采用国际情绪图片系统(IAPS)使受试者分别进入三类情绪状态,随后执行4个数字的动态工作记忆任务.结果发现,积极情绪状态下工作记忆刷新时间显著增长(积极情绪状态:(1.016±0.338)s;中性情绪状态:(0.814±0.347)s,P＜0.05);刷新ERP在额中央部N2幅值显著小于中性情绪;工作记忆刷新的后期(400 ～1 000 ms),在频带13 ～ 30 Hz处的能量降低显著低于中性情绪.消极情绪状态下工作记忆刷新时间与中性情绪无显著差异;工作记忆刷新的早期(0 ～ 400ms),在频带0～8Hz处的能量升高显著低于中性情绪.以上结果说明积极情绪对工作记忆刷新存在干扰作用,但未发现消极情绪对工作记忆刷新的显著影响.有关情绪状态影响工作记忆刷新机制的初步研究将为提高工作记忆刷新绩效提供实验依据.
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3D影片中深度信息与观看者疲劳度的关联研究
通过采集志愿者观看不同深度信息的3D影片时的脑电数据,来研究影片的深度信息对观看者疲劳产生的影响.本研究选取了10名健康的男性志愿者,分别观看5部不同深度信息的3D影片片段,记录其观看前后的脑电信号.通过计算观看前后各频带的功率谱,得出疲劳因子R=(Pα+Pθ)/Pβ的比值变化情况.设计了问卷,定性了解志愿者的疲劳程度,并用统计学方法分析了深度信息和对应R值、主观疲劳值两者之间的关系.结果表明,在观看不同深度信息的3D影片后,全部志愿者主观反映眼部出现沉重、酸胀、刺痛等疲劳症状和其他不适,并且有14个导联的R值上升,在导联F4、C4、F7尤其明显.结论是:(1)深度信息与疲劳度有密切的关联性,平均深度信息和标准差越大,也越容易产生疲劳;(2)相同深度信息的交叉视差比非交叉视差更能引起疲劳;(3)疲劳因子R值与主观疲劳问卷可以作为观看3D影片疲劳评估的一个参考指标.
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脑电信号的分形截距特征分析及在癫痫检测中的应用
脑电信号的非线性特征会随癫痫发作而改变,脑电信号的特征分析和检测对癫痫的诊断和治疗具有重要意义.提出对癫痫脑电信号进行毯子维和分形截距的特征分析,并将分形截距应用于癫痫脑电信号的检测.首先提取脑电信号的分形截距和毯子维特征,并对两种特征的均值和方差进行比较,后使用支持向量机分类器,实现脑电信号的分类检测.发现癫痫发作时脑电信号的分形截距显著高于发作间期,而脑电信号的毯子维在发作前后变化规律则不明显.将分形截距作为分类特征,能有效地区分癫痫脑电与间歇期脑电,具有较强的癫痫脑电检测性能,分类检测的准确率达到96％以上.
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抑郁症情绪面孔加工的大脑功能网络研究
研究抑郁症患者和正常人在不同的情绪认知任务下大脑功能网络是否存在差异.采用了相位同步的方法以衡量不同脑区间的连接强度,运用网络参数全局和局部效率来刻画大脑的小世界拓扑结构.选取16个抑郁症患者和14个正常被试进行正负情绪面孔搜索的认知任务,同时记录头皮脑电.选择低gamma (30 ～ 50 Hz)和高gamma (50～80 Hz)两个频段的数据建立相位同步矩阵.结果显示:抑郁症患者组的全局相位同步值高于正常组;低gamma频段网络成本区间在(0.25～0.50)内,高gamma频段网络成本区间为(0.25-0.55),情绪加工网络的全局和平均局部效率介于随机网络和规则网络之间,具有小世界特性;在高gamma频段,在大效费差下(网络成本为0.3),全局效率值在组间有显著性差异,此时局部效率无显著性差异发现;在网络成本为0.5时,发现抑郁症组在左顶颞区和枕区的局部效率显著高于正常组,在情绪间未发现显著性差异.综上反映了抑郁症患者情绪加工网络的异常特性,为抑郁症患者神经网络机制的研究提供了一定的参考.
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脑电信号频带分离及频带相对强度分析方法研究
脑电信号中不同的背景节律和背景节律的抑制反映了病人的不同生理状态.本研究引入频带相对强度比的概念来评价病人的脑电背景节律状态,利用经验模态分解方法(EMD)实现脑电信号各频带的有效分离,并利用Gabor变换实现各频带信号的相对强度的计算,并在同一窗口显示脑电信号各频带节律的相对强度比,因而可以直观反映脑电信号中各背景节律的分布情况,为医生提供更丰富的临床信息.实验结果表明了所提出算法的有效性和可行性.
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基于离散小波变换提取脑机接口中脑电特征
在脑机接口中,针对脑电特征提取利用单一种类信息、使用数据量大、分类性能较差等缺点,提出一种新颖的基于离散小波变换的方法.分析了小波变换特征提取的特点和特征表示方式,用Daubechies类db4小波函数对脑电信号进行6层分解,抽取小波变换各子带关键的部分逼近系数、小波系数、小波子带系数均值组成特征向量.以分类正确率为指标检验了提取特征的性能.实验结果表明,这种方法能够利用少量数据提取脑电信号本质特征,具有较高的分类性能,为利用脑电识别人的不同意图提供了快速而有效的手段.
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利用有限差分算法研究开颅术对头皮电位分布的影响
本研究在三层同心球模型上利用有限差分法求解开颅手术后的脑电正问题,通过与开颅术前脑电正问题的解进行比较,研究颅骨上的洞对头皮电位分布的影响.仿真试验表明,颅骨开洞对头皮电位分布的影响程度取决于偶极子源的位置和方向:径向偶极子源位于洞正下方时,洞对头皮电位分布的影响大;而切向偶极子源靠近洞边缘时的影响大.
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生物反馈训练后癫痫患者脑电相关维数变化的分析
研究生物反馈训练对难治性癫痫患者脑电相关维数的影响.以21例难治性癫痫患者为研究对象,强化患者12～15 Hz的感觉运动节律波,抑制4～8 Hz的θ波.经过一定疗程的反馈治疗后,其中6例癫痫症状有明显改善且跟踪采集了脑电记录的病例,其16导联处的脑电相关维数均有不同程度的增加,尤其以训练点C4附近前脑区的脑电相关维数增加更加显著,表明脑电生物反馈治疗有助于皮层神经元群体电生理活动向更加混沌的状态转化,从而改善癫痫病态症状.相关维数可以通过表征大脑生理状态的改变,用于脑电生物反馈治疗效果的评价.
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基于脑-机接口技术的虚拟现实康复训练平台
对神经损伤的瘫痪病人进行功能恢复训练时应强调患者的主动参与.开发了一套基于脑-机接口技术的虚拟现实康复训练平台.该平台采用患者在想象运动时的脑电信号作为虚拟人运动的控制信号,从而把想象运动与运动功能恢复训练结合在一起.由于虚拟现实系统的实时性与沉浸感能给受试者提供较好的训练反馈信息,因此,使用本平台有望改善患者的训练效果.详细介绍了快速在线脑-机接口算法以及虚拟现实的实时交互技术,并提供了三名受试者的实测结果.初步实验证明了该平台设计的可行性.
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醉酒者脑电和正常脑电非线性特性的比较评估
为了刻画醉酒者脑电和正常人脑电之间的多种非线性特征并区分两者之间的差异.采用基于信息理论的排列熵(PE)、奇异值分解(SVD)熵、近似熵(ApEn)和基于混沌理论的相关维(CD)、大Lyapunov指数(LLE)、Hurst指数,分别对35个醉酒者和35个正常人的脑电时间序列进行计算分析.同时,对选用的6种非线性特征分析方法在这两组数据的分析结果上,运用方差分析(ANOVA)进行统计学的比较评估分析.结果 表明,ApEn、CD和LLE这三种方法能够显著区分这两组数据,但由于算法时间复杂度较高,不宜用于实时分析;而PE和Hurst指数方法相对简单、算法复杂度较低、分析结果有效,可以应用于对正确性和实时性要求均较高的EEG数据分析处理中.
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脑电混沌维数复杂度连续检测方法的研究
一些研究表明,脑电信号具有低维的混沌动力学特性,脑电的维数则反映脑信息处理过程中的神经元集群的活动状态,是研究脑电信号的重要非线性参数.在Grassberger-Procaccia计算关联维数算法的基础上,通过改进计算关联积分的过程,提出一种适合于移动重叠窗口的维数复杂度连续检测方法.另外,还对关联积分线性区间选择上做了改进,使得所求得的参数在严格意义上为维数复杂度.数值仿真验证了该方法的正确性,并在此基础上对视觉输入变化的EEG信号进行动态数据分析,结果显示睁眼时脑电的复杂度明显高于闭眼时脑电的复杂度.所提出的维数复杂度计算方法减少了数据分析的负荷,适合于连续数据分析,能够准确地反映脑电维数复杂度的连续变化过程.
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基于改进CSP算法的运动想象脑电信号识别方法
针对想象运动的脑机接口(BCI)系统中,在电极导联数少的情况下存在脑电信号分类准确率降低的问题,提出一种改进共同空间模式(CSP)算法. 通过对事件相关去同步(ERD)/事件相关同步(ERS)生理现象较明显的频段进行滤波, 选取大特征值对应的表征运动想象脑电信号状态的优特征向量,进而提出特征向量新的定义方法,同时与支持向量机(SVM)相结合,实现运动想象脑电数据的分类.对于GRAZ大学提供的运动想象脑电数据(Data Ⅲ),想象左手运动脑电信号的识别准确率为98.57%.想象右手运动的脑电识别率为100%.实验结果表明,改进的CSP算法更准确地反映脑电信号的任务状态,有效避免了特征模式的重复选取问题,具有更优的分类性能.
关键词： 脑机接口 脑电 共同空间模式(CSP) 支持向量机(SVM) -
想象左右手运动的脑电特征提取及分类研究
针对想象运动的脑机接口(BCI)系统存在分类准确率低、抗干扰能力差等不足,提出一种将离散小波变换(DWT)和BP神经网络相结合的脑电识别方法(DWT-BP法).通过计算想象左、右手运动的C3、C4的平均功率,合理确定时间窗设置,对时间窗内的平均功率信号进行离散小波变换,并选取尺度6上的逼近系数A6的组合信号作为脑电信号特征,以BP神经网络为分类器实现对脑电观测数据的分析.实验结果表明,DWT-BP方法能够较准确地提取脑电信号的本质特征,具有较好的抗干扰能力和分类性能,以及识别运动想象脑电信号的有效性,同时为实现运动想象在线BCI系统打下基础.
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不同参考电极对脑电头皮电位质心计算的影响
在脑电头皮电位的测量技术中,零参考点的选取一直是一个争论的焦点,研究人员都希望找到一个可行的通用参考零点,以方便研究成果间的比较和借鉴.针对脑电头皮电位质心的计算问题,用仿真和实际数据计算比较了平均参考、 连接耳参考、头顶参考和新近出现的近似零参考技术(REST)方法的差异,结果表明,采用REST可使得电位质心的计算误差在多数情况下更小.说明在进行质心等与脑电波形相关的计算时,采用近似的REST可以获得更为真实的计算结果.
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一种基于皮层成像的自动眼电伪迹去除方法
脑电信号十分微弱,并且特别容易受到眼电的干扰.这些干扰给阅读和分析脑电信号带来了很大的困难,因此自动消除眼电对脑电的干扰一直是研究人员重视的问题.本研究提出一种基于皮层成像的自动眼电伪迹去除方法,对于已经完成滤波的脑电数据段,通过设立阈值的方法识别伪迹,利用基于相关系数的眼电伪迹识别算法标记眼电伪迹数据段,然后通过结合脑电信号时空信息的、基于皮层成像技术的眼电伪迹处理方法(CAST),处理已经标记好的眼电伪迹数据段,并通过真实的事件相关电位数据验证了方法的有效性.验证结果表明,此方法能够实现眼电伪迹的自动识别和去除,去除伪迹后的信号与原始无眼电伪迹的标准信号之间的相关系数为0.953 7±0.042 3.
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不同麻醉深度下大鼠脑电复杂度和功率谱的变化过程
本研究计算和分析了大鼠在逐渐加深的Urethane麻醉过程中脑电信号的算法复杂度、近似熵、功率值和功率谱重心频率的变化特征.结果表明:随着麻醉程度的加深,皮层脑电中同步波的两种复杂度值逐渐减小,同步波高频段功率也逐渐减少,使得功率谱重心频率向低频方向迁移;去同步波则在深度麻醉状态下不再出现,说明中脑网状结构的激励已消失.另外,脑电信号的算法复杂度和近似熵的计算结果有很好的一致性.
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精神分裂症脑电基于维数计算的时空复杂度测量
文章用非线性动力学理论,分别从两个角度对精神分裂症脑电进行了维数估计.当使用时延嵌入维数法时我们得到了明显高于对照组的相关维数,尤其在F7和Fp1,这种增加更为明显,我们认为在精神分裂症患者的某些脑区复杂度要高于正常人.而当使用空间嵌入维数法时,却得到了不同的结果.这表明在精神分裂症患者的整个脑区可能存在大面积的慢波活动,使得整体的复杂度下降.后,文章从三个不同但相关的角度,即临床症状学、神经心理学和功率谱估计,讨论了基于维数计算的复杂度测量以及他们之间的关系.认为非线性动力学理论可以成为精神分裂症临床诊断的有力的辅助工具.
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脑机接口中一种改进的模式识别方法
为提高脑机接口中脑电识别率,分析了特征提取方面时频特征组合法的缺点,探讨了一种改进的模式识别方法.该方法以样本类平均距离为判据,采用滑动窗优化技术,获取时域均值的佳时间段和频域功率谱均值的佳频率段.用经过优化的时域均值和功率谱均值组合作为特征,形成特征向量.基于该特征向量,用神经网络对脑电信号进行分类.以识别正确率为指标,将改进方法与原方法进行对比,实验结果表明改进方法能够提高脑电识别率,具有应用价值.
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情绪影响工作记忆的研究现状与发展动向
情绪对知觉、注意、记忆和决策等认知功能起着重要的作用.工作记忆是对信息进行暂时加工和贮存的容量有限记忆系统,在知觉、记忆与人类认知行为之间搭起信息交流的平台.现有研究证明,情绪状态会影响正常人的工作记忆,而情绪障碍性疾病患者的工作记忆易受负性情绪影响而受到损伤,所以情绪与工作记忆的关系,特别是情绪对工作记忆的影响一直是认知心理学、认知神经科学的研究热点.研究情绪如何影响工作记忆,从情绪与工作记忆基本概念入手,分别综述其相关生理机制、经典理论、常用实验范式和已有研究成果,后讨论其存在问题并预测其发展动向.
