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脑电特征分析在阿尔茨海默症临床研究中的应用
阿尔茨海默症(AD)是典型的脑认知功能障碍性疾病,严重影响患者的工作与生活,如何早期诊断此类疾病,一直是人们关注的热点,也是一项有意义的研究.脑电信号包含的功能信息,在脑认知功能障碍的早期诊断中有着独特的优势.从AD的发病机理出发,总结AD的常规诊断方法,进一步阐述脑电特征分析方法,即脑电功率谱、脑诱发电位、脑电近似熵及脑电复杂度等在AD诊断中的应用研究现状,并进行展望.
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听觉脑-机接口技术实验范式的研究进展
目前基于视觉范式的脑-机接口技术研究已经取得了较大的突破,并在实际中得到了广泛应用.然而很多视力受损的闭锁综合症患者,无法使用基于视觉范式的脑-机接口系统,因此研究这一技术是非常必要的,可为听觉正常的闭锁综合症患者提供了一种新的与外界交流的渠道.本研究回顾了基于听觉范式的脑-机接口技术研究现状,从听觉P300、稳态听觉诱发电位、选择注意以及空间定位等4个方面总结归纳了听觉脑-机接口技术的实验范式并进行分析对比.后提出了听觉脑-机接口技术在实际应用中存在的问题,并探讨了进一步的研究方向及思路.
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基于脑电的情绪识别研究综述
情绪是综合了人的感觉、思想和行为的一种状态,在人与人的交流中发挥着重要作用.情绪识别是通过获取人的生理或非生理信号对人的情绪状态进行自动辨别,以实现更加友好和自然的人-机交互.基于脑电的识别方法是一种常用且有效的情绪识别方式.文中从脑电获取及预处理、特征提取和特征选择、情绪模式的学习和分类等几个方面,介绍了基于脑电的情绪识别的研究进展、应用前景以及目前存在的主要问题.
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用有限元法计算媒质各向异性真实头模型脑电正问题
神经元所产生的脑内电活动通常可用电流源偶极子来模拟.讨论用有限元法计算电流源偶极子产生的电流与电位分布,推导出计算偶极子源在各向异性导电媒质中的有限元方程,并对其进行变形,使得在各向异性导电媒质中生成的有限元刚度阵对称.这一算法已应用于媒质各向异性的真实头模型脑电计算,得到了较为满意的结果.
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HAI实验中EEG信号的非线性动力学研究
采用一维时间序列相空间重构技术和混沌的定量判据,对缺氧窒息而引起的中枢神经损伤(Hypoxic-Asphyxic Injury, HAI)实验中仔猪的脑电(Electroencephalogram, EEG)信号进行了分析与计算.通过对生理和损伤状态下仔猪EEG信号的相图、功率谱、关联维数和Lyapunov指数的对比研究,得出如下结论:(1)EEG的相图、功率谱、关联维数和Lyapunov指数反映了大脑的总体动态特征,它们可作为一种定量研究EEG的新方法进行脑损伤的早期诊断;(2)在正常的生理状态下EEG是混沌的,而在损伤状态下则趋于有序.
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独立分量分析的研究和脑电中心电干扰的消除
本文研究和提出了一种用于独立分量分析的迭代算法,采用该算法成功地消除了存在于脑电信号中的心电干扰.基于信息论原理,给出了一个衡量各分量统计独立的目标函数,优化该目标函数,得出一种用于对独立分量进行盲分离的迭代算法,该算法的优点在于不需要计算信号的高阶统计量,收敛速度快.该算法使用一种去冗余方法,在提取一分量后,将其从混迭信号中去除,能逐一提取各独立分量.实验结果表明独立分量分析可有效地去除脑电信号中的心电干扰成分.
关键词： 盲信源分离(BSS) 独立分量分析(ICA) 人工神经网络 负熵 脑电 -
脑电高阶Lyapunov指数的估计及其仿真计算
本研究从一维时间序列中估算了相应混沌系统的前3阶大Lyapunov指数λ1、λ2和λ3,以两个高维混沌模型:4×3 Lorenz方程高维混沌系统和HyperR(o)ssler超混沌系统作为仿真系统,对算法的可行性和有效性进行了验证.然后,应用λ1、λ2和λ3对脑电的高维混沌特性进行了研究:从脑电中分别重构了对应的时间延迟吸引子,计算了癫痫脑电组和正常对照组脑电的λ1、λ2和λ3,应用Y-K公式给出的混沌系统分数维和Lyapunov指数谱λj的关系,估计了癫痫脑电和正常对照脑电对应系统的分数维的范围,对癫痫脑电的高维混沌状况进行了分析.结果表明:癫痫脑电对应混沌吸引子的维数低于正常脑电(高维混沌)的维数;可以分属于高维混沌和低维混沌两类情况,因此研究这两类不同的情况,应采用高维和低维两种不同的混沌理论和方法.
关键词： 脑电 高维混沌 时间序列算法 Lyapunov指数 分数维 -
高共模抑制比全频段脑电采集系统
为了实时消除脑电信号采集过程中引入的直流成分,提高系统的共模抑制比,拓宽信号的采样带宽,设计一款具有动态直流校正功能的全频段脑电采集系统.通过微处理器读取脑电采集系统中所包含的直流成分,然后将直流成分通过数模转换器反馈到实时直流校正系统,接着实时直流校正系统将处理后的直流分量输出至仪用运算放大器的参考端,并和原有的直流分量进行反相相加,从而实现对直流信号的消除.测试结果表明,该脑电采集系统能够实时消除直流成分,将系统共模抑制比提高至120 dB以上,并实现DC～1 000 Hz的全频段脑电信号采集.因此,该系统能够为使用者提供更加精确的脑电信号,可以用于认知科学的研究、医疗诊断等领域,促进相关领域的进一步发展;而且由于系统电路结构相对简单,可以集成到柔性电路板上,制作成可穿戴医疗监护设备,帮助使用者更好地监测自身生理状态.
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多参数可调经颅微电流刺激仪的研制和基于脑电的效果评测
经颅微电流刺激已被广泛用于改善和治疗焦虑、抑郁和失眠等不适应症.研制一种波形、脉宽、重复频率和强度等多参数可调的经颅微电流刺激仪.在设备开发中,为避免个体头部阻抗差异导致的刺激电流强度变化,利用恒流模块实现相同强度的脑部刺激电流.为评估刺激效果,招募20个志愿者进行实际测试.通过脑电频谱分析和双因素重复方差分析方法,对不同刺激波形在刺激前后的脑电α频段频谱含量进行评估.评估结果表明,α频段频谱含量在刺激参数和刺激前后两个因素的交互作用显著(P＜0.01),4种波形(方波、三角波、锯齿波、正弦波)均能在不同程度上有效提升α频段频谱含量,且正弦波刺激能显著提高EEGα频段的频谱含量(功率谱占比提高20％以上),由此证明设备的有效性.
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用相空间内邻近轨线伸展的相关性研究脑电的混沌特性
本文的研究针对目前脑电的非线性动力学研究中一个尚未定论的关键问题：脑电究竟是混沌信号还是无序的随机信号?文中介绍了作者的研究成果：用相空间中一对邻近轨线伸展的相关性来鉴别混沌和无序的随机运动；并应用这种新的混沌行为分析方法证明了脑电的混沌特性。作为比较和验证，本文也介绍了用该方法对加上不同水平噪声的Lorenz系统仿真的研究结果。
关键词： 脑电 混沌 随机噪声 邻近轨线伸展的相关性 -
自动检测儿童脑电中癫痫波的方法研究
研究的是儿童脑电数据中癫痫波的检测算法.儿童脑电比成人脑电复杂,因而检测算法的设计与成人脑电的检测算法有所不同.综合考虑了国内外多种研究方法,确定了一种以半波检测方法为基础的检测算法.大体思想是:通过初步筛选,找出符合棘、尖波特征的脑电波,然后使用专家规则剔除符合这些特征的几种常见伪迹.再对选出的癫痫特征波利用模式识别的聚类思想分为三类,确定出更为可能是阳性波的特征,对脑电数据作进一步筛选.然后,用小波分析对检出的波再处理,去除不易被识别的假阳性波.后使用人工神经网络对检出的癫痫波分类.
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基于脑电和磁共振的音乐脑机制研究
音乐是在人类进化发展过程中产生的一种跨文化的艺术形式,有关它的脑机制研究对于了解人类自身有很重要的科学意义.本文结合我们近年来的研究工作,对基于脑电和磁共振的乐音属性认知、音乐家脑网络和脑波音乐技术研究进行了介绍,并展望了未来的主要发展方向.
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浅谈脑-机接口的发展现状与挑战
脑-机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通道.文中简单叙述了脑-机接口的发展现状,并探讨了未来发展中面临的挑战.
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基于时频分析的个性化脑-机接口设计
为了提高脑-机接口的分类正确率和实时性,本研究提出基于时频分析的个性化脑-机接口设计方案.通过对多导联EEG数据进行离线谱图分析,量化不同导联EEG信号在想象左右手运动时,其各个频带能量随时间的变化规律.然后将各导联EEG信号不同频带能量变化特征在左右手运动想象时的差异进行脑地形图成像.进而根据特征差异在大脑皮层的分布为不同用户的佳电极位置选择和特征频带的确定提供直接依据.实验结果证明,该方法有效减少了特征提取的盲目性,用少的导联,少的特征向量,较简单的特征提取和分类算法,取得很好的分类效果,具有较高实用价值.
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一种脑电信号相空间分析的新方法
提出一种新的脑电(EEG)信号相空间分析方法.通过计算相空间状态点间的欧氏距离,定义相对嵌入维数的态密度和态方差,并与反映非线性动力学系统混沌特征的关联维数作比较.对各种实测的脑电时间序列的计算结果表明,态密度和态方差不仅计算简单,计算结果一致可靠,而且和关联维数相比,更能有效地反映非线性动力学系统的某些特征.此外,计算了基于距离协方差的脑电信号的奇异谱,并对实验结果作了分析.
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注意缺陷多动障碍的心理社会治疗进展
意缺陷多动障碍( attention deficit hyperactivity disorder , ADHD)的治疗在国外发展迅速,方法涉及药物治疗(中枢神经兴奋剂等)、心理社会治疗、脑电生物反馈治疗、感觉统合训练、认知训练及食疗等,其中中枢神经兴奋剂和心理社会干预一直是研究的热点[1],国外学者在ADHD的心理社会治疗的理论、方法、疗效等方面做了大量的研究工作.
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脑电生物反馈治疗对ADHD儿童认知功能的影响
注意缺陷多动障碍(Attention-deficit hyperactivity disorder,简称ADHD)是儿童期较为常见的一种行为障碍,以与年龄不相称的注意力不集中、冲动及过度活动为核心症状,同时可以合并多种心理病理表现如品行障碍、对抗障碍、情绪障碍及学习障碍.
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放松训练对脑电、心率变异及情绪的影响
目的:观测放松训练对受试者脑电、心率变异、情绪、肌电和皮肤末梢循环的影响,以及以上各因素之间的关系,探讨放松训练对抗精神紧张、改善心身健康的心理生理机制.方法:将60名大学生分为实验组和对照组;实验组集体接受放松训练2个月,对照组不接受任何放松训练;两组实验期间同时经历考试应激过程.比较实验前后两组的心率变异,并用心理测验量表(SCL-90、SRHMS和PSQI)对其情绪进行评估,同时测定2个月后两组的脑电变化.后,以脑电指标中的额α指数为因变量,进行回归分析.结果:2个月后,与对照组比较,实验组的脑电α指数及脑电相干函数增高、心率变异中低频/高频比值降低(P<0.05)、RR间期散点图形状得分升高(P<0.01),SCL-90总分降低(P<0.01).结论:放松训练对大学生精神紧张有一定缓解作用.
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肌电生物反馈的非线性机制
目的:探讨肌电生物反馈中肌电与脑电活动间的相关联系及其机制.方法:动态同步采集肌电生物反馈中肌电和脑电信号后,在评价肌电幅值和频率的基础上,利用非线性动力学参数--近似熵(ApEn)和互近似熵(Cross-ApEn),分析肌电信号内部以及肌电-脑电信号间的非线性改变.结果:随生物反馈次数的增加,对照组及生物反馈组实验前后肌电振幅的大值、小值和平均值都明显降低(F=3.85～25.59,P＜0.05),生物反馈组实验前及实验后肌电频率明显上升(F=6.71、8.67,P＜0.05);同时,肌电信号的ApEn明显降低(F=5.42、2.81,P＜0.05),肌电与脑电信号间的互近似熵也明显升高(F=13.77～19.52,P＜0.05).后2次反馈中上述指标均明显不同于对照组(P＜0.05).结论:肌电生物反馈中肌电变化的机理,可能与生物反馈加强了大脑的有意识的调控作用而减弱了大脑对下运动神经元-肌肉系统的非线性易化有关.
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脑电分析在脑缺血缺氧早期诊断和监护中的应用
医学研究表明,脑缺血缺氧可引起脑神经功能的障碍,将导致脑瘫、痴呆症、帕金森病等各种疾病[1].
