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相位同步性分析方法在癫痫研究中的应用
同步振荡是神经系统中普遍存在的一种现象,是理解大脑信息处理机制的重要切入点,不同频段的同步现象能够编码不同的刺激信息.癫痫是由大脑整体或局部整合的不足或异常造成的,同步振荡现象在癫痫的发生过程中扮演了重要的角色.本文介绍了应用希尔伯特变换和小波变换提取脑电的瞬时相位方法,介绍了脑电相位同步性的相干分析、相位同步指数和香侬熵法,以及这些方法在癫痫同步放电研究中的应用,为提取癫痫患者大脑功能的信息和更深入地探索癫痫发作的机理提供了理论依据.
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基于分段Prony建模的脑电相位同步分析方法
本研究提出采用一种分段的Prony方法(PPM),将非平稳EEG信号分解为幅度为指数上升或下降的正弦波,从而获得各频率成分的幅度、频率和初始相位,并计算两通道相位差;用香侬熵来衡量两路信号的相位同步程度.首先对该方法的频率、相位分辨率和检测同步程度的效果等进行仿真研究,结果显示了该方法具有高的频率和相位分辨率.后将该方法用于实际的三组脑电信号,得到的结果与经典方法一致.将该方法与希尔伯特变换方法进行了比较,说明该方法具有较好的抗噪性能,可作为非平稳信号的相位同步检测的有效工具.
关键词： EEG 分段Prony方法(PPM) 相位同步 相位差分布 -
脑电同步性分析在癫痫机制研究中的应用
脑电相位同步性是研究癫痫超同步放电机制的方向之一.介绍了应用Hilbert变换提取脑电的瞬时相位的方法,分析脑电相位同步性的互相关法、互信息法和同步指数法,以及脑电信号的小波变换,综述了以上方法在癫痫发作的超同步放电机制研究中的应用.
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人脸感知中的事件相关电位早期成份反映了顺序性神经活动
事件相关电位(event.related potential,ERa)的研究证实了ERP的早期成份正电位P120、负电位N170和顶正波(vertexpositive potential,VPP)都与人脸感知活动有关.还有研究进一步表明,VPP是N170的正性配对成份,它们由同一大脑源活动产生.然而,P120是否也拥有相应的负性配对成份,以及早期成份(P120,N170,VPP)之间的相互关系仍然是研究中的盲点.本研究采集了受试者在观看不同刺激时的脑电信号,从中提取ERP.对额中央区和枕颞侧脑电信号的同步性进行了分析,采用独立成份分析提取对人脸敏感的独立成份并进行溯源.结果发现,P120成份确实拥有对应的负性配对体,为VNl20;同时,我们也证实,VN120-VPP,P120-N170复波是由梭状回区域的同～大脑源活动产生,这反映了人脸感知中的相同循序性神经活动.
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糖尿病对大鼠海马神经协同性的影响
离体电生理和行为研究表明,糖尿病会对海马功能造成负面影响.本研究采用活体胞外电极记录方式,在麻醉条件下,记录STZ诱发糖尿病人鼠以及正常大鼠海马区神经元自发放电.运用相干系数和相位同步的分析技术,对在海马区同一位点记录到的神经元放电和局部场电位(local field potentials)的低频振荡(1～4 Hz)进行时域协同性的分析.结果显示,糖尿病大鼠的相干系数值(0.617±0.028)与正常大鼠(0.730±0.024)相比普遍偏低(P=0.005).而相位同步的分析方法更直观地反映了神经元放电与低频局部场电位的时域协同性程度,通过von Mise拟合的一个相位聚集参数K来衡量相位同步程度的大小,发现糖尿病大鼠的相位同步系数k值(0.347±0.113)远低于正常大鼠(1.174±0.134)(P<0.001).在此研究中,相干系数和相位同步两种分析结果都表明糖尿病会对大鼠海马神经元放电与低频局部场电位的协同性造成负面影响.这种负面影响或许是糖尿病造成记忆功能障碍的神经网络机理.
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利用相位同步聚类方法研究大脑功能连通性
功能连通性是指大脑不同区域的神经细胞群活动之间的瞬时相干性,常用的方法是估计成对电极信号之间的相关或相干.本文基于相位同步聚类方法,利用头表脑电信号,估计全局功能连通性.应用到空间选择性注意实验的视觉诱发脑电数据中,结果表明,该方法能检测到三个连通源,并且在注意和非注意状态下,功能连通性具有明显的差异.
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2型糖尿病患者轻度认知障碍多通道同步性分析
2型糖尿病患者因长期代谢紊乱造成的认知功能障碍已经成为当前关注的重点.本文利用多通道同步方法——基于相位同步的S估计器对脑电信号进行同步分析,以期发现与糖尿病轻度认知障碍有关的脑电特性.结果显示:糖尿病轻度认知障碍患者与正常对照组相比各脑区各频段的S值均减小,尤其是δ和α频段显著降低,表明脑电同步值降低;患者MoCA得分与S值在α频段具有显著的正相关性.
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视听刺激脑电信号的相位同步分析
脑电(EEG)同步被认为是脑功能区域整合的表现.高级脑功能需要具有特定功能的多区域神经系统间进行不同层次的整合和协调来完成.本文提出了一种新的相位同步分析方法一互近似熵.采用分段频率,用同步指数、互信息熵与互近似熵方法对视听刺激EEG导联数据进行了相位同步的比较分析,三种分析得到了一致的结果,说明互近似熵方法也能很好反映出两导联的相位同步.文章同时通过相位同步分析结果进行了大脑反应区域的探索分析.此研究为脑机接口的设计奠定了基础.
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脑电信号同步的研究方法
脑电的同步被认为是脑功能区域整合或绑定的表现.本文从脑电同步的神经活动基础及空间尺度出发,阐述了同步的基本思想及定义,进一步从信号分析方法着手,系统地介绍了脑电相位同步的研究方法,并简要总结了不同方法之间的特点和差异.后,讨论了相位同步检测中须注意的问题.
