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《电子科技大学》 2009年
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脑电信号同步:方法及应用研究

周群  
【摘要】: 脑电的同步被认为是脑功能区域整合或绑定的表现。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。多年的动物实验证明:大脑信息整合和信息处理的主要潜在机制是各神经网络的同步振荡。脑电中的同步现象,尤其是脑电中高频段的同步振荡,被认为是建立不同脑区之间信息交流的一个关键部分。 头表上记录到的脑电信号是大脑皮层及皮层下大量神经元或神经网络的同步活动的反映,因此,在宏观水平下,可以应用脑电(EEG)来研究这种机制,即在一定时间分辨率下,通过研究局部范围和全局范围分布的脑电信号的同步,估计出局部皮层之间和整体皮层内部生物电活动的概貌。 脑电同步问题涉及的内容比较广泛,本文主要从研究方法入手,较为系统的分析、比较、总结及改进现有的相关研究方法,并将这些方法应用于视觉信息处理机制(视通路、视觉空间注意、视听同步分析)的研究。本论文所做主要工作如下: 1.基于128道高分辨脑电测量技术,采用基于傅里叶变换的事件相关脑电线性相干处理技术,通过测量大脑对图形形状知觉(任务1)、图形形状和空间位置知觉(任务2)两种任务的事件相关电位,并基于电极数大致相同的原则,从枕叶至额叶把头表分成了7个区,然后计算了枕叶与其它各区在不同频段的相干系数。结果发现:在γ1频段(28-39Hz),任务2时的平均相干系数值显著大于任务1时的相应值,并且满足这一条件(任务2的相干系数大于任务1的相干系数)的电极对数,显著地多于其它频段。同时还发现在枕叶与额叶间,任务2的相干系数大于任务1的相干系数的所对应的电极对数,显著地多于其它区域,而且平均相干系数的差异也具有显著性。结合视觉双通路理论,这一结果从相干性角度表明,背侧通道的参与强化了枕叶与额叶之间的信息沟通,而这种沟通主要在γ1频段。 2.上下视野的视觉信息处理对于研究人脑的功能具有重要意义,脑电的同步是脑功能区域整合或绑定的一个潜在机制,可用来研究上下视野的差异问题。这种差异通过计算不同任务时左右视觉区电极ERP的非线性关联得到反映。这些结果一致的支持人的下视野是优势视野的观点。 3.提出了一种基于分段Prony的研究相位同步的方法。分段Prony方法(piecewise Prony method,PPM)是将EEG信号分解为具有指数上升或下降幅度正弦波的组合,从而获得脑电各频率成分的幅度、频率和相位信息,并以此为基础计算两通道信号的相位差,然后用香侬熵来度量两路信号间的相位同步程度。论文中该方法与其它方法的数值比较结果,说明了PPM具有较好的抗噪性能,具有较高的频率和相位分辨率,基于PPM的相位同步分析方法是非平稳信号的相位同步检测的有效工具。该方法用于实际脑电信号获得的结果与生理事实一致,也证实了该方法在研究脑电同步性方面的有效性。 4.研究了视听觉脑区在认知过程中的同步性。通过设计视听觉同时刺激模式下的脑电实验,采用128导脑电采集系统记录脑电数据,并运用希尔伯特(Hilbert)相位同步算法对视听觉区域的事件相关脑电位(ERP)进行处理。研究结果表明,此实验条件下,枕叶与颞叶脑区间的同步指数明显大于枕叶与顶叶间的同步指数。同时研究也表明人在感知和认知事物时,相关的脑区间会自动产生神经活动的同步化。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R318.0

【引证文献】
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1 宋影;音乐刺激对脑电动力学的影响[D];燕山大学;2011年
2 陈小刚;癫痫尖波对Theta节律动态特性影响的研究[D];河北工业大学;2011年
3 王娜;脑电信号相位同步特性研究[D];湖南大学;2011年
【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈小异;吕建国;;毒品成瘾的ERP研究进展[J];成都医学院学报;2009年01期
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8 段晓勇;彭仕政;李龙武;张玉强;卫高峰;刘晓春;;时谐偶极子在介质球头模型中的电位分布[J];电子科技大学学报;2008年01期
9 赖永秀;高婷婷;吴丹;尧德中;;音乐情绪感知的脑电研究[J];电子科技大学学报;2008年02期
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8 陈小刚;董国亚;李文文;葛曼玲;;癫痫信息传递特性的研究[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会青年优秀论文[C];2010年
9 王峥;周晓娜;;EEG和ERP在运动心理学领域的可行性研究[A];第8届全国运动心理学学术会议论文汇编[C];2006年
10 段宇昉;;P300在运动心理学中研究现状与前景[A];第8届全国运动心理学学术会议论文汇编[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵洪朋;优秀散打运动员知觉预测过程认知特征与神经机制研究[D];上海体育学院;2010年
2 绽琨;脉冲发放皮层模型及其应用[D];兰州大学;2010年
3 王儒芳;当代情绪心理学视角下的中医七情理论与实践研究[D];成都中医药大学;2010年
4 孙尧;纬编针织物疵点实时智能检测的研究[D];东华大学;2010年
5 刘杨;事件相关电位脑—机接口的最优设计[D];国防科学技术大学;2010年
6 谭建辉;基于信息融合的红外步态识别新技术研究[D];广东工业大学;2011年
7 赵才荣;基于图嵌入与视觉注意的特征抽取[D];南京理工大学;2011年
8 罗程;多模态神经成像技术在特发性全面性癫痫中的应用研究[D];电子科技大学;2011年
9 张军鹏;脑电磁源定位算法研究及其在初级听觉皮层定位中的应用[D];电子科技大学;2011年
10 雷旭;基于贝叶斯理论的EEG-fMRI融合技术研究[D];电子科技大学;2011年
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1 韩颖琳;抑郁症患者识别面部动态表情的时空模式磁源性影像研究[D];南京医科大学;2010年
2 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
3 管颖;羽毛球女单运动员第三拍知觉技能及视觉搜索特征的研究[D];上海体育学院;2010年
4 刘旭辉;基于视觉生理特性的视皮层假体图像处理策略[D];郑州大学;2010年
5 马媛媛;基于纹理分类的图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
6 孙蓉蓉;面孔性别和种族信息的知觉加工的心理—生理机制[D];陕西师范大学;2010年
7 张媛媛;事件相关电位在轻度认知障碍患者早期诊断中的意义[D];潍坊医学院;2009年
8 赖红霞;从众和服从的神经机制探索[D];浙江大学;2011年
9 马玉慧;多任务脑—机接口空域滤波与特征提取方法研究[D];南昌大学;2010年
10 程世奇;小世界神经元网络的同步控制和发放性统计[D];华东理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 冯慧琳;洪波;高小榕;;海马区神经电信号相位同步化的初步研究[J];北京生物医学工程;2007年06期
2 郑巍;陈志华;霍利;;音乐事件θ波相关分析[J];大连交通大学学报;2010年06期
3 刘怡;蔚磊;刘子利;王鹏;;中国民歌地域风格分类中的特征选择[J];电子学报;2008年S1期
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5 张彤,唐庆玉,杨福生;人工神经网络在脑电分析中的应用[J];国外医学.生物医学工程分册;1994年05期
6 董献文;胡祁生;;海马θ振荡参与迷走神经刺激术抗癫痫作用[J];基础医学与临床;2008年12期
7 杨艳微;叶华;王耀光;冯少媚;张凤英;;动态脑电图θ节律监测对癫诊断价值之初步观察[J];中国临床神经科学;2006年04期
8 范维,刘晓燕;儿童癫发作前期脑电复杂性的分析[J];临床神经电生理学杂志;2003年02期
9 党艳军,林家瑞,杨林,舒位光;心率变异性的AR模型分析及其在糖尿病患者中的应用[J];生物医学工程研究;2005年02期
10 邵晨曦;童松桃;;脑电非线性动力学快速分析与癫痫脑电分析[J];生物医学工程研究;2008年03期
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1 罗乐;毒蕈碱型胆碱能系统对海马突触传递和可塑性的调控及铅的作用[D];中国科学技术大学;2008年
2 龚能;抑制性氨基酸及其转运体调节海马神经网络兴奋性和突触可塑性的研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 诸薇娜;音乐认知研究及其计算分析[D];厦门大学;2008年
4 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
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1 蔡聪波;混沌系统最大Lyapunov指数的计算及其在脑电数据分析中的应用[D];厦门大学;2001年
2 汪乐;嗅觉系统神经模型的研究与应用[D];浙江大学;2005年
3 蔡琼;基于小波变换的EEG分析[D];长沙理工大学;2007年
4 段姝婧;基于脑电的音色感知研究[D];电子科技大学;2009年
5 赵建林;癫痫脑电信号识别算法及其应用[D];山东大学;2010年
【二级引证文献】
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1 董倩倩;音乐旋律对脑电的影响的研究[D];燕山大学;2013年
【二级参考文献】
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1 赵丽娜,周群,刘铁军,尧德中;视觉听觉同时刺激模式下ERP的同步性研究[J];临床神经电生理学杂志;2005年01期
2 孔峰;左侧大脑优势半球的痫样放电分析[J];现代电生理学杂志;2003年02期
3 洪波,杨福生,岳小敏,陈天祥;基于多变量AR模型的脑电相干性分析及其在脑区协作机制研究中的应用[J];生物物理学报;2001年01期
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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
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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
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