收藏本站
《东北大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

脑电信号混沌特性的研究与应用

李春胜  
【摘要】:脑电信号作为人脑复杂电生理过程的表现,其中包含了与人脑的生理结构、状态相关的丰富信息,而由于其自身高度的复杂性,人们对脑电的这种不规律的振荡行为至今尚未完全理解。脑电信号被认为是一种不具备各态历经性的非平稳信号,传统的信号处理方法往往不能有效地反映出大脑的活动过程,而非线性动力学方法,如混沌、分岔等,为脑电的研究与应用提供了新的方法与途径。 目前脑电信号混沌特性的研究虽然取得了一定成果,但对于大脑在不同内外部因素影响下可能出现的复杂行为方面,仍有许多问题需要进一步认识。本文研究了几类脑电模型在不同因素作用下,脑电的混沌动力学行为。提出了一类带有时延的脑电模型,其中包含了疾病、衰老等可能因素对大脑信息传递的影响,研究了时延状态下脑电模型的Hopf分岔和振荡现象。针对时延因素的影响,进一步提出了一种导数反馈控制方法,消除了时延带来的影响,其研究结果为相关临床和实验研究提供了理论基础。本文还研究了由兴奋型和抑制型两种耦合神经元集群所表达的脑电模型,在对其进行降阶,线性化等处理后,得到了其稳定条件。通过改变神经元集群兴奋性输入,研究了模型发生的复杂动力学过程。通过绘制分岔图和Lyapunov指数图,直观地验证了在不同输入强度下模型的分岔、周期窗、混沌等动力学行为。考虑到诱发电位等实验中外部刺激因素,研究了一类脑皮层功能柱模型,通过改变锥体细胞与神经元之间的连接数量,得到了不同频率成分的脑电形式。在一定的外部刺激下,模型出现了Hopf分岔,研究了该模型的稳定状态与周期振荡之间的关系。 脑-机接口是一种全新的人机接口方式,是近年来脑功能研究的热点课题。脑-机接口技术可以恢复有严重运动障碍患者的正常运动功能,提高其生活质量。为了将脑电信号的混沌特征应用于假手控制系统,在理论研究的基础上,本文设计了与视觉输入相关的脑电实验,研究视觉输入对脑电非线性特征的影响。通过运用多种混沌时间序列分析方法,分析了在有视觉输入和无视觉输入两种状态下脑电关联维数的变化过程,在无视觉输入的情况下大脑的活动更多的表现为自治状态,复杂程度降低,而在有视觉输入时脑电信号中包含了视觉信息加工等诸多因素,复杂度较高。进一步提出了一种连续计算脑电混沌维数复杂度的方法,获得了脑电信号关联积分的线性区间,基于对原始数据的分割,降低了算法的计算负载,并讨论了如何消除数据分段对维数复杂度计算的影响,通过数值仿真验证了该方法的有效性。 最后,在理论与实验分析的基础上,开发了一套基于脑电混沌特征的假手控制系统。设计开发了系统的硬件平台,包括信号放大,滤波处理,信号隔离,模数转换等环节,进一步编制了系统的分析软件。基于脑电信号的混沌特征,实现了对机械假手的控制,并得到了较高的正确率。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R318.04

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王宏;姬彦巧;赵长宽;李琪;;基于肌肉电信号控制的假肢用机械手的设计[J];东北大学学报;2006年09期
2 李速,齐翔林,胡宏,汪云九;功能柱结构神经网络模型中的同步振荡现象[J];中国科学(C辑:生命科学);2004年04期
3 吴祥宝,徐京华;复杂性与脑功能[J];生物物理学报;1991年01期
4 王兴元,骆超,谭贵霖;EEG动力学模型中混沌现象的研究[J];生物物理学报;2005年04期
5 顾凡及,邱志诚;动态神经网络中的同步振荡[J];生物物理学报;1996年02期
6 陈芳,顾凡及,徐京华,刘增荣,刘仁;一种新的人脑信息传输复杂性的研究[J];生物物理学报;1998年03期
7 万柏坤;綦宏志;赵丽;陈滨津;毕卡诗;陈骞;;基于脑电Alpha波的脑-机接口控制实验[J];天津大学学报;2006年08期
8 周杰;王宏;王灵芝;杜军军;朱德生;单晓晖;;体感诱发EEG的混沌时间序列分析[J];仪器仪表学报;2008年02期
9 范金锋;邵晨曦;王剑;杨明;王子才;;醉酒者脑电和正常脑电非线性特性的比较评估[J];中国生物医学工程学报;2008年01期
10 童勤业,孔军,徐京华;脑电复杂性分析的新方法[J];中国生物医学工程学报;1998年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 袁野;癫痫脑电的非线性方法分析[D];吉林大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 章品正,万遂人;基于小波包分解的白细胞胞核边缘提取算法与实现[J];安徽广播电视大学学报;2002年01期
2 仇华海;陈斯养;;一类具有时滞的捕食与被捕食系统的渐近性[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年06期
3 朱道军;兰叶霞;;具有多时滞捕食-被捕食流行病模型的稳定性[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年04期
4 田亚品;陈斯养;;一类造血模型的全局渐近性及Hopf分支周期解[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年06期
5 顾荣宝;;跟踪技术与混沌(英文)[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年02期
6 徐昌进;陈大学;;具有时滞的食饵-捕食者模型的分支分析(英文)[J];安徽大学学报(自然科学版);2012年01期
7 伍代勇;蒋秀梅;;具有反馈控制的广义Logistic模型的Hopf分支[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年03期
8 杜秀霞;李平康;;旋转机械轴系扭振频率微弱信号的混沌检测方法[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
9 李晓红;冯欣艳;卢义玉;康勇;;瓦斯等级鉴定的混沌相空间重构预测技术研究[J];地下空间与工程学报;2007年05期
10 金成;程建辉;;人体放松技能训练系统的设计与自控能力的培养[J];保定学院学报;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张建华;王行愚;;自学习模糊建模方法及其在EEG时间序列预测上的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 ;Chaos Control and Associative Memory of Time-Delay Symmetric Globally Coupled Neural Network[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 HUANG James;;Dynamical Analysis and Control in a Differential-algebraic Bio-economic Model with Stage Structure[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
4 耿丽清;赵丽;元鹏贤;李宏伟;;基于双层稳态视觉诱发电位的脑机接口技术研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
5 何振亚;张毅锋;杨绿溪;;参数控制的联想记忆混沌神经元网络[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
6 赵丽;万柏坤;高扬;;基于脑电信号α波的电动小车控制系统研究[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
7 ;Dynamics in a Delayed Differential-algebraic Model with Stage Structure and Diffusion[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
8 马丽;侯文生;郑小林;彭承琳;许蓉;;握力水平与前臂肌肉sEMG信号复杂度的相关性研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
9 孙煜;朱贻盛;李颖洁;童善保;;抑郁症对大脑皮层功能联系的影响[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
10 柳晓东;张瑞成;陈至坤;;轧机APC系统中出现的混沌现象及特性分析研究[A];中国计量协会冶金分会2009年年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗启彬;基于混沌理论的遥测信息安全技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李建平;面向异构数据源的网络安全态势感知模型与方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王栋;随机与混沌神经放电节律的时间序列分析[D];陕西师范大学;2010年
5 胡爱花;混沌同步的有关问题研究[D];江南大学;2010年
6 吴文娟;复杂混沌系统的存在性及动力学特性分析[D];南开大学;2010年
7 贾红艳;混沌与超混沌系统模型分析及模拟电路研究[D];南开大学;2010年
8 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
9 潘林;一类混沌系统的同步与控制方法研究[D];东华大学;2010年
10 唐漾;复杂网络动力学及其应用的若干问题研究[D];东华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武文宾;冲击地压的非线性岩梁混沌动力学分析[D];山东科技大学;2010年
2 许红珍;不确定混沌系统同步方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王晓艳;非线性混沌电路的分析与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 屈元举;新混沌系统的动力学研究及其电路仿真[D];江西师范大学;2010年
5 卢静;广义同步与相同步若干问题的研究[D];江南大学;2010年
6 李小娟;连续系统的广义同步[D];江南大学;2010年
7 李科;基于沙米尔和奇异值分解的小波域数字图像水印算法研究[D];南昌大学;2010年
8 杨琨;疑似脑死亡病人脑电的近似熵研究[D];华东理工大学;2011年
9 段志梅;基于混沌理论的话务量时间序列预测研究[D];昆明理工大学;2008年
10 禹思;多重数字水印技术研究与实现[D];电子科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 伟利国,梁淼;多导生物反馈仪肌电信号提取电路的设计[J];北京理工大学学报;2003年01期
2 程明,高上凯,张琳;基于脑电信号的脑—计算机接口[J];北京生物医学工程;2000年02期
3 罗志增;任晓亮;;肌电信号的拾取和预处理[J];传感技术学报;2004年02期
4 王兴元,朱伟勇;三维奇怪吸引子透视图的计算机模拟[J];东北大学学报;1999年01期
5 王兴元,朱伟勇;利用心电的李氏数探讨混沌在生物进化中的作用[J];东北大学学报;1999年03期
6 江朝晖,刘大路,冯焕清,刘军伟;脑电序列的延迟时间研究[J];电路与系统学报;2005年03期
7 李月,杨宝俊,赵雪平,张铭,林红波;检测地震勘探微弱同相轴的混沌振子算法[J];地球物理学报;2005年06期
8 王兆源,周龙旗;脑电信号的分析方法[J];第一军医大学学报;2000年02期
9 万柏坤,高扬,赵丽,綦宏志;脑-机接口:大脑对外信息交流的新途径[J];国外医学.生物医学工程分册;2005年01期
10 徐京华,吴祥宝;以复杂度测度刻划人脑皮层上的信息传输[J];中国科学(B辑 化学 生命科学 地学);1994年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 范金锋;脑电非线性时间序列仿真研究[D];中国科学技术大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 季忠,秦树人;时频测试方法在脑电信号分析中的应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年11期
2 谈志强 ,罗晓曙;脑电信号的非线性动力学和现代谱分析方法研究进展[J];广西医学;2003年03期
3 黄静霞,许慰玲,沈民奋;基于小波包分解的不同状态下脑电信号分析[J];北京生物医学工程;2004年01期
4 刘大路,江朝晖,冯焕清,王聪;基于脑电信号时空分布信息的思维特征研究[J];北京生物医学工程;2004年02期
5 许崇涛,沈民奋,李慧,朱国平;双谱分析方法在脑电信号分析中的应用[J];中国行为医学科学;2004年03期
6 陈香,杨基海,叶硃,何为,梁政,冯焕清;基于不同特征参数的脑电信号分类[J];北京生物医学工程;2004年04期
7 汤晓军,宋卓,杨卓,张涛;双任务事件中脑电信号的熵计算(英文)[J];生物物理学报;2005年05期
8 陈香;杨基海;叶硃;梁政;何为;冯焕清;;高频成分在思维作业脑电信号分类中的应用[J];生物医学工程学杂志;2005年06期
9 李婷,邱天爽,牛杰;独立分量分析在脑电信号处理中的应用及研究进展[J];北京生物医学工程;2005年03期
10 陈永华;朱林剑;包海涛;孙守林;;一种新型脑电信号的采集方法和应用[J];传感器与微系统;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 薛蕴全;王秋英;王宏;;脑电信号的动态时空响应拓扑图[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
2 王裕清;粱平;郭付清;张登攀;;脑电信号诊断专家系统的研究[A];中国生理学会第21届全国代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2002年
3 朱林剑;包海涛;孙守林;梁丰;;新型脑电信号采集方法与应用研究[A];大连理工大学生物医学工程学术论文集(第2卷)[C];2005年
4 许涛;朱林剑;包海涛;;基于思维脑电信号的假手的研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
5 李爱新;孙铁;郭炎峰;;基于人工神经网络的脑电信号模式分类[A];自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C];2008年
6 童珊;黄华;陈槐卿;;混沌理论在脑电信号分析中的应用[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
7 李凌;曾庆宁;尧德中;;利用两级抗交叉串扰自适应滤波器提取诱发脑电信号[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
8 葛家怡;周鹏;王明时;;睡眠脑电信号样本熵的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
9 李丽君;黄思娟;吴效明;熊冬生;;基于运动想象的脑电信号特征提取与分类[A];中国仪器仪表学会医疗仪器分会2010两岸四地生物医学工程学术年会论文集[C];2010年
10 葛家怡;周鹏;王明时;;睡眠脑电信号样本熵的研究[A];天津市生物医学工程学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 张文清 记者 王春;意念控制车速及左右转弯前行[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴畏;基于统计建模的多导联脑电信号时空建模方法研究[D];清华大学;2012年
2 孙宇舸;脑—机接口系统中脑电信号处理方法的研究[D];东北大学;2012年
3 周群;脑电信号同步:方法及应用研究[D];电子科技大学;2009年
4 赵丽;基于脑电信号的脑-机接口技术研究[D];天津大学;2004年
5 李春胜;脑电信号混沌特性的研究与应用[D];东北大学;2011年
6 欧阳高翔;癫痫脑电信号的非线性特征识别与分析[D];燕山大学;2010年
7 缪晓波;基于脑电信号的认知动力学系统研究——线性/非线性方法及动态时—频—空分析[D];重庆大学;2004年
8 张美云;阿尔茨海默病脑电信号多尺度时空定量特征研究[D];天津医科大学;2012年
9 游荣义;脑电信号非线性分析方法的研究[D];厦门大学;2003年
10 葛家怡;睡眠分期及低频磁场睡眠诱导的研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴坚;独立分量分析在脑电信号处理中的应用[D];长安大学;2009年
2 杨超;脑电信号相关方法的鲁棒性分析[D];燕山大学;2009年
3 涂建成;脑电信号控制智能轮椅的研究[D];杭州电子科技大学;2011年
4 张倩华;脑电信号的非广度熵分析[D];汕头大学;2004年
5 朱家富;高频脑电信号的非线性动力学参数分析[D];重庆大学;2004年
6 李婷;独立分量分析及其在脑电信号噪声分离中的应用[D];大连理工大学;2005年
7 韩伟;睡眠脑电信号的分析与处理方法[D];西北工业大学;2005年
8 何付志;独立分量分析在脑电信号分析中的应用[D];山东大学;2005年
9 孔繁伟;基于小波变换的脑电信号处理研究[D];山东大学;2005年
10 陈永华;脑电信号采集方法及其在假肢中应用研究[D];大连理工大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026