基于变尺度符号传递熵的多通道脑肌电信号耦合分析

在运动控制中,脑肌电耦合强度可以反映大脑皮层和运动肌肉之间的联系。传统的时间序列符号化方法容易混淆原始信号,丢失信号的动态特性。因此,提出可变尺度参数的符号传递熵,对上肢不同握力下的皮层脑电和表面肌电信号进行多通道耦合性分析,进而提出一种耦合强度的表示方法,对脑肌电耦合强度进行定量分析。首先,分析并比较尺度参数对脑肌电传递熵的影响,并选择优化的尺度进行符号化传递熵的计算;其次,针对不同握力下多通道脑肌电信号的分析,验证大脑运动区C3、C4通道的脑电在运动控制中占主导地位以及大脑的对侧控制机制。实验中还发现,随着握力的增强,肌电到脑电的传递熵有增大趋势,右手(惯用手)脑电到肌电的传递熵较左手的高,同时随着输出力量的增强,脑肌电的双向平均耦合强度也增大。结果分析显示:5、10、20 kg握力下, EMG→EEG方向的左手耦合强度分别为0.033 0±0.005 8、0.037 3±0.004 0、 0.045 1±0.005 5,右手耦合强度分别为0.035 2±0.002 9、0.043 2±0.003 5、0.060 3±0.001 8,除左手5和10 kg握力间不存在显著性差异,其余都具有显著性差异(P<0.05); EEG→EMG方向左手耦合强度分别为0.025 3±0.004 7、0.037 9±0.002 6、0.048 1±0.006 8,右手耦合强度分别为0.033 3±0.004 1、0.051 0±0.005 7、0.064 9±0.008 5,不同握力间均有显著性差异。研究结果表明:皮层肌肉功能耦合具有双向性,而且耦合强度在通道和握力不同时有差异。变尺度传递熵可用于定量描述大脑皮层与神经肌肉组织之间的非线性同步特征及信息交互。     

握力刺激强度与运动皮层激活相关性的fMRI研究

目的研究握力刺激强度与运动皮层激活程度的相关性。方法16例正常右利手受试者根据视觉刺激提示右手进行固定频率的三种不同握力运动,同时进行BOLD fMRI扫描,用spm5计算得到不同握力的脑激活区并比较差异。结果在三种不同握力运动中,对侧主运动区、对侧躯体感觉区、对侧辅助运动区(SMA)和对侧运动前区(PMC)明显激活;同侧激活区较小或者未见激活区;同侧小脑激活区较对侧明显激活。随着握力强度的增高,M1和S1激活强度、范围都提高;小脑激活程度有所降低。结论正常人手握力运动时脑皮质运动网络被激活,握力刺激强度与M1、S1的激活程度呈正相关。     

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—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。     

时间簇分析法用于功能磁共振成像数据处理

通过时间簇分析法,结合t检验方法,检测脑功能磁共振的激活区域,探索脑功能成像数据处理的新方法.本研究首先利用边缘检测方法,提取大脑轮廓图,然后利用TCA方法得到大脑的激活时间信息,并在此基础上运用t检验法,检测出脑激活区的空间信息.结果显示:不论仿真数据还是真实数据,均能得到正确的激活区域.该方法与SPM软件比较,可在未知刺激形式的情况下,检测出刺激时间点,得到空间信息.     

磁刺激神门穴脑电信号的样本熵分析与诱发电位的研究

研究用经颅磁刺激仪在不同频率下刺激肢体神门穴,在安静、磁刺激、假刺激、假穴4种不同状态下脑电信号的样本熵值以及脑电信号诱发电位的特征。对8名被试者进行实验,实验分为4组即安静、磁刺激、假刺激、假穴,测量3种不同频率(0.5、1、3 Hz)刺激下的脑电信号并计算样本熵值,对刺激后的脑电信号诱发电位进行了分析。结果显示,1 Hz与0.5 Hz磁刺激脑电信号样本熵没有明显变化(P0.05);3 Hz时4种状态下的脑电信号样本熵变化较明显(P0.05),磁刺激组和假穴组明显高于安静组和假刺激组,且磁刺激组略低于假穴组;3 Hz磁刺激无诱发电位;而假穴组产生明显体感诱发电位等其他诱发电位。实验表明,对人体神门穴进行磁刺激对脑电信号有明显抑制,与进行针刺或电刺激同样具有调节神经机能的作用。     

音调与语音Oddball实验的脑电流源模型分析

采用语音和音调Oddball实验范式,研究大脑离散电流源在靶刺激响应过程中的电流时间过程。采集了健康受试者的64导联脑电数据,建立并比较音调和语音靶刺激ERPs数据的区域源电流模型。结果显示:听觉靶刺激识别的主要神经源包括双侧颞上回和双侧脑岛。音调靶刺激识别引起右侧区域源的N2/P3幅度大于左侧,呈现右偏侧化,其中脑岛的右偏侧化较明显,而语音靶刺激识别引起左侧区域源N2/P3幅度大于右侧,呈现左偏侧化,双侧脑岛和双侧颞上回都出现明显的左偏侧化。研究表明:靶刺激识别这一脑处理过程随刺激模式的不同存在差异,音调靶刺激识别以右侧脑岛和右侧颞上回的激活更强,而语音靶刺激识别以左侧颞上回的激活更强。     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率（8-13Hz）闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加。采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨。结果表明：周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加。通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值。     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率(8～13Hz)闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加.采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨.结果表明:周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加.通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值.     

不同视觉辅助刺激下运动想象大脑皮层因果连接网络特性分析

基于运动想象(MI)的脑-机接口系统(BCI)被认为是一种很有潜力的运动功能康复方法,但是经典MI-BCI使用时存在个体差异性大、识别率较低的问题。采用视觉辅助刺激范式可以增强MI特征,并能有效提高BCI识别的准确率。然而在不同的视觉辅助刺激范式下,MI任务期的大脑皮层因果连接响应特征及其面向运动功能康复的神经生理学意义却鲜有报道。设计4种不同类型的视觉辅助刺激范式,包括不同的动态/非动态视觉刺激及简单/复杂想象任务范式,选取MI任务期大脑运动感觉相关皮层7个感兴趣区域,利用孤立有效相干法(iCoh),对11名被试beta频段4种实验范式构建单尾单样本t检验(P<0.01)平均因果脑网络,并分析网络的平均度分布、聚类系数、全局效率、中介中心度参数。结果表明,相比于简单想象任务非动态视觉刺激范式,复杂想象任务动态视觉刺激范式平均度分布由2.143提高为2.429,聚类系数由0.634提高为0.767,全局效率由0.393提高为0.417。复杂想象任务动态刺激范式下,辅助运动皮层和顶上小叶、顶下小叶存在因果连接关系,辅助运动皮层成为脑网络中的关键节点。     

视觉刺激状态下正常成人电针光明穴的脑功能性磁共振研究

目的:对比研究针刺足少阳胆经光明穴(GB37)与视觉刺激后引起的人脑血液动力学反应,探讨分析视觉刺激状态下针刺对脑功能活动区的影响。方法:25例健康志愿者随机分为无视觉刺激电针组(10例)与视觉刺激状态电针组(15例)。视觉刺激状态电针组15例健康自愿者中12例取得成功,并在2种不同的刺激模式(包括视觉刺激任务与视觉刺激状态下针刺光明穴)状态下进行血氧水平依赖性功能磁共振(BOLD-fMRI)实验;应用闪烁棋盘方格为视觉刺激任务,频率8Hz,最后以图像数据重组方法,检测受试者在接受视觉刺激任务与针刺状态时的大脑响应功能区的激活,并进行分析比较。结果:视觉刺激任务时见脑干、小脑后叶大面积激活、及边缘叶、海马、颞中回、颞下回激活;针刺状态时见顶叶中央后回、顶下小叶、顶叶楔前叶、额中回激活。在视觉刺激下时电针光明穴见额上回,额下回、顶叶楔前叶及枕叶舌回激活。结论:功能性磁共振技术可看出针刺后脑功能响应功能区的激活情况;视觉刺激的参与导致针刺脑激活区改变,且该变化具有重要的意义;针刺足少阳胆经光明穴对视觉系统转导通路整合有一定影响;此外,外界的刺激亦对针刺疗效可能有着显著的影响。     

基于EMD去趋势波动的脑疲劳模糊熵分析

脑疲劳是由于人们长时间地从事重复单一或高负荷的认知活动所引起的,短时间的脑疲劳会引起注意力下降、工作效率降低,而长时间的脑疲劳则会造成脑功能损伤。提取脑疲劳特征有助于脑疲劳的检测,预防脑疲劳带来的危害。熵能够反映脑疲劳状态下大脑复杂度的变化情况,有望成为评价脑疲劳的指标。但是,熵对脑电信号特征的提取受趋势重叠的影响,无法实现信号动态特性的准确描述,造成不同时间段得到的熵特征不一致。为解决趋势重叠对脑电信号熵特征的影响,将基于经验模式分解(EMD)的去趋势波动分析同熵值计算相结合,以4 h英语科技论文翻译作为脑疲劳诱发任务,记录14名本科生志愿者在正常安静和脑疲劳状态下的脑电信号,对比分析两种状态及3个时间段脑电信号的近似熵、模糊熵和去趋势模糊熵。结果表明,相比传统的近似熵和模糊熵,脑疲劳状态下去趋势模糊熵在左半球脑区的熵值较正常安静状态下显著降低(FC3,P=0.022;P5,P=0.007),且3个时间段有显著性差异的导联基本相同(3个时间段FC3导联P值分别为0.025、0.017、0.012,P5导联P值分别为0.011、0.006、0.017)。结果表明,去趋势模糊熵可以更好地表达两种状态下大脑复杂度的差异,且具有很好的时间稳定性。因此基于EMD的去趋势模糊熵可以更加快速有效地评价脑疲劳对大脑活动复杂度的影响。     

功能磁共振在大脑皮质发育障碍患者的初步应用研究

目的：应用功能磁共振（fMRI）探讨6名正常受试者及2例皮质发育障碍（DCDs）患者在进行汉语词汇加工过程中脑激活模式，探讨DCDs患者与正常受试者之间脑激活区域的差异与临床意义。方法：本实验采用听觉刺激，以汉语单词理解为语言作业任务。结果：①正常受试者均出现显著的脑区激活，传统语言脑区Wemicke和Broca区激活在双侧大脑半球基本是对称的。除传统语言脑区激活外，还出现其它脑区激活现象。②两例DCDs患者表现为基本语言功能区的激活，诸如Wemicke区和Broca区激活。但脑激活表现为显著的不对称性，甚至完全偏侧性。结论：fMRI能够对大脑DCDs患者功能重塑皮质进行定位，为DCDs伴难治性癫痫患者手术治疗，避免损伤重要功能区提供了有益的保障。     

低频光诱发脑电在浅睡期的样本熵复杂度分析

睡眠障碍患者通常表现为从浅睡期进入深睡期存在困难,分析浅睡期脑电波的变化对研究睡眠效率和睡眠质量至关重要。通过分析低频光刺激下睡眠过程中脑电波的复杂度值变化,研究人在浅睡期脑电波对光刺激的响应,进而探讨外部光刺激对睡眠过程中脑电波的影响。使用美国neuroscan型脑电图仪,采集10例志愿者的光刺激睡眠和正常睡眠的脑电数据。首先,利用时频分析,对睡眠过程中的脑电信号进行分期,获得浅睡期脑电信号;然后,使用小波包分解,获得该期脑电波的各频段分量（δ波、θ波、α波和纺锤波）;接着,采用样本熵算法,分别计算浅睡期脑电信号的复杂度以及各频段脑电波的复杂度;最后,对志愿者在光刺激（5 Hz）和正常睡眠下浅睡期脑电复杂度进行比较,研究光刺激对脑电复杂度的响应情况。结果显示：在低频光刺激下,浅睡期脑电波复杂度的均值为0514 15,明显低于正常睡眠复杂度的均值0589 23,在中央区和顶区有显著性差异（P<005）。研究表明,5 Hz光刺激可诱发浅睡期θ波的同步响应,增强脑电波的节律性,有助于更好地进入深度睡眠。     

基于组独立成分分析方法的情绪刺激对脑部激活区域的研究

目的观察积极和消极情绪状态下的脑激活差异情况,探究脑部对正性和负性情绪信息的处理机制。方法采用组独立成分分析技术处理情绪刺激下的功能磁共振图像数据。结果在积极情绪刺激下,杏仁核周围、顶叶和右扣带回区域的连接性十分显著;而在消极的情绪刺激下,杏仁核和丘脑附近区域激活程度明显,并且这些区域与楔叶右侧、左侧颞中回区域产生高度相关性。结论大脑处理消极情绪时,激活脑区与皮层-丘脑枕核-杏仁核通路大致相符,并且左侧楔前叶和右侧后扣带回区域的连接性存在显著下降。     

味觉刺激与c-fos原癌基因表达

c-fos基因是一种原癌基因,属于即刻早期基因类(IEG).在口内或胃内给予各种化学刺激活,可以激活脑内相应的味觉和内脏神经元,从而引起正常大鼠及不同模型大鼠脑内相关核团中c-fos蛋白的表达.通过味觉刺激及内脏刺激与脑内核团c-fos原癌基因表达的比较研究,可为味觉信息与内脏信息在大脑中的相互作用机制提供有力的证据.     

磁刺激足三里脑电复杂度研究

由于磁刺激的无创、无痛及良好的安全性能,使其日益成为脑神经科学研究的热点.本研究基于磁刺激明显的优越性,对磁刺激穴位前后脑电的复杂度进行了探讨.利用磁刺激仪对足三里穴进行了相同强度、不同频率的磁刺激(0.5、1、3 Hz),对同步采集到的脑电数据进行了样本熵分析,并绘制相应的脑电信息图,结果发现大脑各个功能区的样本熵值都有提高,其中颞叶区的变化最为明显,这与之前学者研究的电针刺激的结果有一致性.另外,结果表明3 Hz刺激相较于0.5 Hz和1 Hz刺激时引起的脑电样本熵增加,且具有显著性差异(P<0.05).     

人脑不同计算思维方式的功能定位研究

本研究的目的是标定大脑在进行计算时其相应功能区域的解剖位置 ,并比较和探讨在执行连续默算减法和重复默读乘法表过程中在大脑中的激活模式。实验采用 14个右手习惯志愿者 ,在进行上述两种思考过程中 ,通过多断层回波技术 T2加权功能磁共振成像观察中枢激活反应。处理连续默算减法和重复默读乘法表这两种问题时的脑反应模式的截然不同证明 :大脑在处理连续默算减法和重复默读乘法表这两种任务时采用了完全不同的处理途径。连续默算减法的 (P<0 .0 1,T=5 .4 1)功能定位在额叶上、中回后部和顶叶后部小叶 ,证明了在计算和暂存记忆操作中 ,这些功能区域起着重要的作用 ;重复默读乘法表的 (P<0 .0 1,T=4 .77)功能定位仅在侧枕回两侧的一组激活簇。     

脑卒中后抑郁症静息脑电信号非线性特征提取与分析

目的 探究脑卒中后抑郁症(PSD)患者脑电信号的非线性动力学特征.方法 利用样本熵和LZC复杂度分析的方法对10例健康人和14例脑卒中患者(4例脑卒中后无抑郁症患者及10例脑卒中后抑郁症患者)静息状态下的脑电信号进行复杂度分析.结果 除个别导联(FP1,p4)以外,脑卒中患者组脑电信号的样本熵和LZC复杂度值均小于健康对照组;对于所有导联,脑卒中后抑郁症组脑电信号的样本熵和LZC复杂度值均小于脑卒中后无抑郁症组,并且在导联O1、O2处2参数的差异具有统计学意义(P＜0.05).结论 脑卒中患者相对于健康人表现同步脑电活动增加,且简单有序,其复杂度有所下降;而脑卒中后抑郁症与非抑郁症患者比较前者复杂度下降更为明显,在大脑枕叶尤为突出.本研究有望为脑卒中后抑郁症的辅助诊断提供帮助.     

首发精神分裂症患者工作记忆任务状态下的异常脑激活模式

目的:探讨首发精神分裂症患者工作记忆任务状态下的脑激活异常模式。方法:对61名首发精神分裂症患者和89名健康对照者,进行n-back任务状态下的功能磁共振扫描,并比较两组在n-back任务状态下的脑激活差异。结果:患者组的工作记忆任务成绩显著差于健康对照组。2-back任务时,完成该任务时患者组内侧前额叶上回、后扣带回、前扣带回、中央前回、丘脑和额上回的激活程度显著升高;0-back任务时,两组的脑激活水平未发现有显著性的差异。结论:首发精神分裂症患者在低负荷任务时(0-back)脑区激活正常,任务负荷加重时(2-back)患者出现大脑激活异常增高,提示精神分裂症患者在完成更复杂的任务时,动用的大脑的资源更多还达不到正常人的工作记忆水平。     

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.