颞叶癫痫致痫侧静息态脑功能网络拓扑的特异性研究

癫痫是世界常见的典型脑内异常神经放电导致中枢认知功能网络失调的神经疾病.作为当今先进技术的静息态功能磁共振成像(rfMRI),其功能连接(fMRI-FC)可为评估脑功能提供科学的检测指标.在此提出参照健康人的癫痫脑功能网络多节点指标融合的特异性模型,提取致痫侧脑功能网络拓扑属性,试图在高阶计算fMRI-FC,以提高其检...     

一种新的混合矢量磁滞模型磁滞算子定义方法

提出了一种新的磁滞算子定义方法,从能量角度定性分析了单畴单轴各向异性椭圆形磁性粒子的特性及其磁化方向的判定法则,借助于磁性粒子矢量场等势线分别给出了各向异性和各向同性材料的磁滞算子临界面方程,把磁滞算子定义为等势线包围的封闭区域,给出了磁滞算子的磁化方向判定方法。定义的磁滞算子满足第二热力学定律,具有能够描述磁滞现象的损耗特性和擦除特性,符合描述磁滞特性的Mandelung定则。     

基于脑电alpha波及运动想象的在线脑机接口系统设计

背景：目前在线脑机接口系统绝大多数采用同步式设计,无法区分＂工作＂状态与＂空闲＂状态。目的：设计一种能够自由在＂工作＂与＂空闲＂状态间切换,方便灵活的脑机接口系统。方法：设计了综合睁眼产生的alpha波阻断现象,以及进行运动想象时产生事件相关同步及去同步现象这些生理特征的在线脑机接口系统。通过检测使用者枕部脑电信号alpha波状况,来切换＂空闲＂与＂工作＂状态;在＂工作＂状态下,通过想象不同的肢体运动,分析运动皮质脑电信号的频率特征,来实现对外界的信息传输。结果与结论：实验证明,经过训练的使用者在该在线脑机接口平台上可以自如的在不同状态间进行切换,并且能以很高的分类正确率发出控制命令。采用此方法进行设计,脑机接口系统的实用性得到了增强。     

基于脑网络的古典音乐和摇滚音乐对工作记忆的影响研究

音乐是人们传递信息、表达感情的媒介,同时它对认知活动有很大的影响。设计改进型Sternberg工作记忆任务实验,选择20名被试参与实验,采集被试在古典音乐和摇滚音乐背景下记忆英语单词的脑电数据,采用互相关的方法计算各通道间的皮尔逊相关系数,利用脑功能网络构建以及脑功能网络属性的分析,探究两种音乐刺激对工作记忆的影响。结果表明,古典音乐和摇滚音乐状态下大脑额叶和枕叶区域的连接相比无音乐状态显著增加,且摇滚音乐状态下大脑额叶和枕叶区域的连接显著多于古典音乐的状态;摇滚音乐和古典音乐刺激下构建的脑功能网络相对于无音乐状态脑功能网络节点度增大,介数中心度增大,聚类系数增大,紧密度增大,平均路径长度变短,小世界属性增强,全局效率提高。这说明音乐刺激使大脑的活跃度提高,证明不同音乐刺激对记忆任务有显著性影响。行为学数据结果显示,在无音乐、古典音乐和摇滚音乐状态下,被试的反应正确率分别约为91%、86%和80%,平均反应时长分别为728、761、818 ms。可以看出,音乐刺激使得被试的反应正确率下降,反应时长增加,说明音乐刺激对工作记忆产生干扰。     

基于复杂网络的磁刺激内关穴脑皮层功能连接分析

将磁刺激技术、脑电图与传统穴位理论相结合,研究穴位刺激引发的大脑皮层功能网络协同调控过程。利用组独立成分分析、标准低分辨率脑电磁断层成像,对14名健康被试静息态、磁刺激内关穴的脑电信号进行反演,确定脑网络节点。通过短时傅里叶变换和互相关方法,计算α频段功率谱间的互相关系数,基于t检验、错误发现率,校正(FDR)构建脑网络连接边(P＜0.05, FDR校正),并对脑皮层功能连接进行分析。结果表明,磁刺激时与运动相关脑区节点的功能连接减少22.9%,与情绪、记忆相关脑区节点的功能连接增多93.8%,位于额叶和颞叶节点的功能连接增多21.2%。磁刺激内关穴引起的脑皮层功能网络拓扑结构变化与穴位自身功能相吻合,为揭示穴位调控机理提供新线索。     

静息态功能磁共振成像功能连接特异性指数模型在评估健康老年人认知分数中的应用

与传统量表法和任务态功能磁共振成像(fMRI)相比,静息态功能磁共振(rfMRI)在认知功能检测上有很大优势(特别是针对老年人),但脑老化功能影像学标记尚在探索中。提出功能连接特异性指数模型,试图与健康壮年人对照,分析健康老年人脑功能特异性,寻求区分认知分数的功能影像学指标,探索其分类认知分数优差的可能性,为替代提供研究基础。实验数据来自98名健康老年人和90名健康壮年人,前者来源于葡萄牙健康老年人认知功能的队列研究,在rfMRI扫描前,在认知量表测试分数最优和最差中,分别选出55名和43名作为实验组;后者数据来自哈佛医学院GSP影像组学,年龄在18～35岁之间,在rfMRI扫描前的认知功能评价分数居中,作为对照组。首先,对rfMRI预处理后,计算每人全脑功能连接,构建以脑区为单位的功能连接特异性指数模型,分析老年人脑功能连接与壮年人的偏移程度,统计、对比获得对优、差分数敏感的标志性脑区;然后,以其特异性指数值形成特征向量;最后,应用概率神经网络(PNN)模型对优、差分数组进行分类和N折交叉验证以检验所建指数模型的分类能力。健康老年人脑功能连接特异性指数模型可定位于健康老年人认知分数敏感的标志性脑区,分别处于额叶、颞叶、顶叶中的5个脑区;以这些脑区的指数为特征向量,可有效地区分优、差认知分数,准确度可达81.7%。通过对评价指数的建模并联合机器学习方法,可为rfMRI评估健康老年人认知分数提供有效的评价指标和新方法。     

基于CNN算法的稳态体感诱发电位的特征识别

脑-机接口研究可为瘫痪病人的康复带来一种新的治疗方法。已有研究表明对手指或者正中神经施加一定频率的体感刺激,会引发相同频率且具有空间特异性的稳态体感诱发电位。为优化基于稳态体感诱发电位的脑-机接口的性能,通过快速傅里叶变换寻找12个健康被试的个人左手特定共振频率,采用事件相关谱扰动进行时频分析,检测其稳态体感诱发电位信号。基于共振频率对实验诱发的脑电信号进行1 Hz带通滤波,获得特定频带的数据,采用卷积神经网络(CNN)学习算法对其进行分类,并与采用共空间模式和支持向量机的特征提取及特征分类的方法(CSP+SVM)进行比较。所有被试的结果显示:基于共振频率滤波方法,采用CNN学习算法获得的离线分类准确率均高于85%,并且CNN学习算法的分类准确率显著性优于CSP+SVM的分类准确率(91.8%±5.9% vs 77.4%±8.5%,P<0.05)。因此,在基于稳态体感诱发电位的脑机接口的特征识别中,CNN学习算法相比传统使用的机器学习分类算法(如共空间模式+支持向量机)能够显著提升分类准确率,提高脑机接口的整体性能。     

永磁体磁共振电特性成像方法研究

磁共振电特性成像,是利用磁共振原始数据对被测生物组织的电特性进行重建的一种成像方法。利用有限元仿真软件,建立0.4 T主磁场下的射频线圈模型,测量仿真中射频场的分布情况。通过射频场空载和负载下射频场的均匀性,证明电特性的不同影响射频场的分布。用0.4 T永磁体磁共振设备对仿体和人体头部进行实验,并根据仿真数据和实验数据对电特性进行重建。结果表明,低场磁共振电特性在有无负载下,感兴趣区域的磁通密度均匀性相差将近4倍,磁通密度模值明显增加,这为磁共振电特性低场下发展提供一定的参考。     

基于脑电alpha波及运动想象的在线脑机接口系统设计

背景:目前在线脑机接口系统绝大多数采用同步式设计,无法区分"工作"状态与"空闲"状态。目的:设计一种能够自由在"工作"与"空闲"状态间切换,方便灵活的脑机接口系统。方法:设计了综合睁眼产生的alpha波阻断现象,以及进行运动想象时产生事件相关同步及去同步现象这些生理特征的在线脑机接口系统。通过检测使用者枕部脑电信号alpha波状况,来切换"空闲"与"工作"状态;在"工作"状态下,通过想象不同的肢体运动,分析运动皮质脑电信号的频率特征,来实现对外界的信息传输。结果与结论:实验证明,经过训练的使用者在该在线脑机接口平台上可以自如的在不同状态间进行切换,并且能以很高的分类正确率发出控制命令。采用此方法进行设计,脑机接口系统的实用性得到了增强。     

基于脑电alpha波及运动想象的在线脑机接口系统设计

背景：目前在线脑机接口系统绝大多数采用同步式设计,无法区分“工作”状态与“空闲”状态。 目的：设计一种能够自由在“工作”与“空闲”状态间切换,方便灵活的脑机接口系统。 方法：设计了综合睁眼产生的alpha波阻断现象,以及进行运动想象时产生事件相关同步及去同步现象这些生理特征的在线脑机接口系统。通过检测使用者枕部脑电信号alpha波状况,来切换“空闲”与“工作”状态;在“工作”状态下,通过想象不同的肢体运动,分析运动皮质脑电信号的频率特征,来实现对外界的信息传输。 结果与结论：实验证明,经过训练的使用者在该在线脑机接口平台上可以自如的在不同状态间进行切换,并且能以很高的分类正确率发出控制命令。采用此方法进行设计,脑机接口系统的实用性得到了增强。