脑电皮层成像技术

由头皮电位测量信号重构脑电活动源分布,对于研究脑的认知功能和临床医学应用具有重要意义。近10年发展起来的皮层成像技术(corticalimagingtechnique)因其在脑电源的定位方面相对于传统脑电图具有更高的空间分辨率,成为脑科学研究的有力工具。本文详细介绍了皮层成像技术的研究现状,主要包括等效皮层源及头容积导体的建模、头皮测量电位与等效皮层源间定量关系的建立、等效皮层源的重构算法。     

一种建立在有限电阻网络模型上的高分辨脑电图的新算法--Ⅰ.同心球头模型

本文提出一种由头皮测量脑电逆推皮层电位分布的新方法 ,使脑电图的空间分辨率明显提高。方法建立在把无源似稳电场过程转化成有限电阻网络过程的基础上。不但可以逐层递推头皮下各层组织结构上的电位分布 ,而且减少了计算量。仿真计算初步证明了方法的可行性。     

脑电记录中"参考电极位置"的设置研究

目的：探讨一种可以把头皮脑电活动（EEG）记录中的“参考电极位置”近似地转化到无穷远点的新技术。方法：基于由头皮记录确定神经电活动源或其等效源不受参考电极影响的事实，用基于普通参考电极描记到的头皮EEG记录近似地重建出一组等效源，然后由等效源计算出以无穷远点为参考电极位置的头皮记录。结果：用在导体中假设神经电活动源的方式进行的仿真研究表明，当电源位于最重要的皮层表面区域时，可以明显降低参考电极对EEG记录的不良影响。结论：EEG记录的“参考电极位置”可以被近似地转换到无穷远点，从而近似地得到一个以零电位为参考的标准记录。     

高分辨脑电图的理论研究

高分辨脑电图是一种由头皮测量到的电位估算出皮层电位分布的方法，本研究对这一方法进行了较详细的理论分析。首先证明了当整个头部的外表面电位分布都己知时，在介质电导率各向同性头模型下，由于皮层和头皮之间的区域是无源区，因此皮层电位是惟一确定的。其次，考虑到在实际中只能够测量到头皮上有限个电极上的电位，本研究提供了一种方法来寻找电位从皮层表面到头部外表面的空间传递系数，并根据它来判断利用高分辨率脑电估算出的皮层电位可信度比较高的区域。最后，本研究在三层各向同性同心球模型下，推算出皮层的点电位传递到头部外表面电位的空间传递函数的解析表达式。     

基于EIT技术颅内电阻抗特性分析

电阻抗断层成像技术（EIT）是一种基于生物组织电学特性的成像技术。本研究基于EIT技术对二维四层同心圆头模型和基于MRI图片构造的脑电二维真实头模型的电阻抗特性进行了分析，给出了头部组织电导率参数变化对求解区域场内及头皮表面电位分布的影响，得出了有实际意义的结论，为实现颅内EIT逆问题求解和阻抗成像及脑内电特性的深入研究奠定了基础。     

等效源法脑电三维成像技术研究

为了进一步完善近年出现的大脑皮层成像技术，本文基于等效源思想，对ＣＩＴ作了若干数值仿真研究。仿真结果表明，ＣＩＴ方法中测试球面上的分面目源既可为现行的径向极源，也可为点电源源；被成像的实际脑电源可以是偶极源，也可以是点电流源或四极源。     

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最大;而切向偶极子源靠近洞边缘时的影响最大。     

一种建立在有限电阻网络模型上的高分辨脑电图的新算法Ⅱ.实际头型

针对实际头模型的高分辨脑电解卷问题 ,本文在曲线坐标系下采用有限体元法 ,提出一种新的由头皮电位逆推皮层电位分布的新方法。方法以文中推导出的十八邻点有限电阻网络模型和超松弛迭代算法为基础。仿真计算和对实际测量数据的分析均证实方法的可行性。     

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.     

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。     

一种建立在有限电阻网络模型上的高分辨脑电图的新算法 …

本文提出一种由头皮测量脑电逆推皮层电位分布的新方法,使脑电图的空间分辨率明显提高。方法建立在把无源似稳电场过程转化成有限电阻网络过程的基础上。不但可以逐层递推头皮下各层组织结构上的电位分布,而且减少了量。仿真计算初步证明了方法的可行性。     

视觉靶刺激和干扰子刺激响应过程中的脑电流源模型分析

采用3-刺激视觉oddball实验范式,研究大脑离散电流源在干扰子刺激和靶刺激响应过程中的电流时间过程。本文采集了健康受试者的64导联头皮脑电(EEG)数据,通过3-刺激范式,既检测到人脑在识别小概率事件(靶刺激和干扰子刺激)过程中产生的P300电位的P3b成分;又测得P300电位的P3a成分,P3a主要在干扰子刺激响应过程中产生。本文用相同实验范式下的磁共振激活簇空间坐标作为约束条件,建立了干扰子刺激和靶刺激事件相关电位(ERPs)的区域源模型,区域源模型的电流计算分析表明P3b的主要神经源包括双侧下顶叶、双侧后顶叶皮层和双侧颞下皮层,而P3a的主要神经源包括双侧脑岛、双侧中央前沟和扣带回等额叶皮层。研究结果表明对靶刺激的脑处理涉及顶叶、颞下皮层和左侧脑岛等参与的刺激驱动注意过程、目标引导注意过程、视觉形状分类与记忆提取等,而对干扰子刺激的脑处理则主要涉及右侧脑岛、扣带回等完成的注意转移、注意资源的重新分配过程。     

生物电阻抗脑成像研究

在脑和大脑疾病的临床诊疗过程中，脑功能的连续监测，特别是脑功能的二维图像连续监测，对于人类深入地认识大脑和临床脑疾病患者的及时治疗都是十分重要的。本文主要讨论了脑疾病、脑神经活动ＥＩＴ成像的生理物理基础。脑疾病、脑神经活动的ＥＩＴ成像研究；脑ＥＩＴ成像的测量技术研究；脑ＥＩＴ成像的算法和脑计算模型研究以及目前脑ＥＩＴ成像存在的问题和研究方向。     

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.     

生物电阻抗脑功能成像研究

在脑科学研究和大脑疾病的临床诊疗过程中，脑功能的连续监测，特别是脑功能的二维图像连续监测，对于人类深入地认识大脑和临床脑疾病患者的及时治疗都是十分重要的。本文主要讨论了脑疾病、脑神经活动ＥＩＴ成像的生物物理基础；脑疾病、脑神经活动的ＥＩＴ成像研究；脑ＥＩＴ成像的测量技术研究；脑ＥＩＴ成像的算法和脑计算模型研究以及目前脑ＥＩＴ成像存在的问题和研究方向。     

磁场刺激诱发的动态脑电时空拓扑响应

本研究使用动态脑电时空拓扑图研究了磁场刺激诱发的脑电变化规律。结果表明，磁场刺激外周体躯感觉神经时，可以在大脑皮质相应投射区内记录到诱发反应电位。在该区的诱发脑电将在大脑皮层中按一定规律进行传播，即首先在皮质的相应投射区内产生诱发脑电位，然后这一诱发脑电位向同一半球的其它区域传播，再后传向大脑另一半球的皮层区。此研究对于揭示皮层诱发脑电的规律是很有意义的。     

高分辨脑电图及其实现的技术途径

针对传统脑电图技术时间分辨率很高而空间分辨率太低的主要问题,近年来国外的一些实验室相继发展了一种称为“高分辨脑电图”的技术。通过结合一定的头模型,这种技术可由在头皮电极上测得的电位分布推算出颅内皮层上的电位分布,从而显著地提高了脑电图的空间分辨率。这为脑科学,包括临床和认识领域又提供了一种新的有力的工具。本文着重介绍了目前几种有代表性的从头皮电位测量值重建皮层电位分布的方法：解析求解方法,数值求解方法（包括有限元法和边界元法）和皮层成像技术等。比较系统地分析了这些方法的技术特点,讨论了它们存在的主要优势与不足。     

基于脑电的多模态神经功能成像新技术研究进展

神经功能成像能够实现活体脑结构与功能变化的无创(微创)检测。鉴于头皮脑电具有高时间分辨、便于操作、能直接反映大脑神经生理活动等优点,近年已逐步整合形成脑电-功能磁共振成像(EEG-fMRI)、脑电-近红外光谱(EEG-NIRS)、脑电-经颅聚焦超声(EEG-tFUS)等兼具高时空分辨优势的多模态神经功能成像新技术。从技术原理、技术特征及其在神经功能研究中的最新进展等方面,综述3种新模式的研究现状,论述存在问题与发展趋势,突出多模态神经功能成像新技术在促进脑科学发展中的意义。     

点电流源激励下头颅球模型的电位分布解析算法研究

建立了头颅的球型仿真数学模型.用头皮、颅骨、脑脊髓和脑组织四层同心球结构仿真人体头颅.从拉普拉斯方程出发,用解析解的分离变量法求解头颅球模型在最外层(头皮层)表面施加点电流激励的情况下,各层的电位分布函数.根据电位分布的表达式,绘制出颅内的电位等位线图以及电流线图.分析了电流注入角度对电位分布和电流流向的影响.结果表明颅骨的低电导率对颅内的电位分布有很大的影响.研究结果可用于分析头部电阻抗成像等问题.     

不同强度光刺激对大脑头皮电位的影响研究

目的:研究不同强度光刺激人眼对大脑头皮电位的影响。方法:脑电信号分析对脑科学研究意义重大。大脑头皮电位是反映脑活动情况的一个重要物理量。用相同的光源,以不同的光入射角度照射测试者的眼睛,同时用脑立方移动版(NeuroSky Mindwave Mobile)设备检测其大脑头皮电位的变化情况,并记录脑电压信号。最后将脑电压信号数据进行处理,画出脑电压随角度变化趋势图。结果:用相同频率但不同亮度的光照射人眼睛,大脑头皮电压变化是不一样的:光亮度越强,大脑头皮电压绝对值的均值就越大,反之就越小。结论:根据人眼感光细胞对入射光线的光电转换作用,以及外电信号刺激下皮层神经元的等效电流偶极子理论,对实验结果进行机理探讨,为人们更好研究脑神经元光刺激效应提供有意义的实验和理论依据。