上肢动作中脑电信号的同步分析方法研究

发布时间：2020-06-30 01:59

【摘要】：脑电信号是大脑皮层神经元群同步电活动的外在表现,脑电信号间的同步关系是大脑皮层信息传递与功能整合的重要特征。研究大脑皮层不同区域脑电信号间的同步关系已经成为脑神经领域研究的热点。本课题主要研究人体上肢动作时大脑皮层运动相关区域脑电信号的同步关系。设计了握力实验,采集了健康受试者和脑卒中病人的脑电信号。基于采集到的脑电信号,进行了双通道脑电信号的相干性分析、双通道脑电信号的双向耦合性分析、多通道脑电信号的同步性分析,从多个角度对脑电信号间的同步关系做了详尽的研究。本课题的主要内容如下:(1)双通道脑电信号的相干性分析。针对传统的互信息对数据长度依赖较大的问题,引入了排列模式,并考虑到生理系统是跨越多个尺度的复杂系统,采用多尺度加权排列互信息来表征多尺度多频段脑电信号的相干性,分析健康受试者与脑卒中患者握力输出时皮层运动区与感觉区双通道脑电信号的同步关系。研究发现握力输出时对侧运动区与感觉区脑电信号的同步强度在β频段最为显著,脑卒中病人脑电信号的同步强度小于健康人,健康受试者在不同握力下脑电信号的同步强度随着握力的增大有增大的趋势。(2)双通道脑电信号的双向耦合性分析。针对相干性无法研究脑电信号间信息流交互方向的问题,应用多尺度排列传递熵分析健康受试者和脑卒中病人握力输出时皮层运动区与感觉区双通道脑电信号的双向耦合关系。研究发现健康人与脑卒中病人皮层运动区与感觉区的脑电信号存在双向耦合关系;脑电信号在β频段的耦合强度最强;对β频段脑电信号做耦合分析发现,惯用手握力输出时对侧脑区较非惯用手握力输出时拥有更强的信息交互能力,脑卒中病人的皮层运动区与感觉区的信息交互能力较健康人弱。(3)多通道脑电信号的同步性分析。双通道脑电信号分析无法研究整个大脑皮层或是皮层某一区域整体的同步关系,针对这一问题本课题引入了 S估计器算法,将原有的双通道脑电信号同步分析拓展为多通道脑电信号的同步分析。对健康受试者与脑卒中病人大脑皮层中央沟前后区域的多个通道的脑电信号做同步性分析,发现位于中央前回运动区的C3、C4通道与位于中央后回感觉区的CP5、CP6通道的同步性较强,区域内的整体的同步强度在β频段最为显著;分析脑电信号在β频段的同步强度,发现脑卒中病人中央沟前后区域内脑电信号的同步性较弱,皮层的信息交互能力较健康人有所减弱。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R741.044;TN911.7
【图文】：

大脑皮层,控制原则

左侧身体的大部分功能映射于右侧脑半球，即所谓的对侧控制原则。下面逡逑仅对人体功能最基本的投射区域做简要介绍。逡逑皮层运动区位于中央沟前面的中央前回，即图１．１中的４区和６区。皮层运逡逑动区对颈部以下躯体的控制原则为对侧控制原则，对颈部以上躯体的控制原则为逡逑同侧控制原则，即颈部以下的躯体的运动功能投射于对侧的运动皮层，颈部运动逡逑功能投射于同侧运动皮层；躯体的运动在皮层运动区的映射倒立分布，身体下侧逡逑的运动受到运动区上侧皮层的控制，身体上侧的运动受到运动区下侧皮层的控制；逡逑同时，越为精细和复杂的动作在大脑运动皮层上投射的面积越大。逡逑躯体感觉区位于顶叶中央沟后面的中央后回，即图１．１中的１，邋２，邋３区。颈逡逑部以下躯体感觉遵循对侧控制原则，颈部以上躯体感觉遵循同侧控制原则；躯体逡逑各部位的感觉控制呈倒立分布

脑电信号,基本结构,脑电,放大器

（ａ）脑电帽；逦（ｂ）ＮｕＡｍｐｓ放大器逡逑图１．３脑电信号懫集设备逡逑图１．３为脑电信号的懫集设备，脑电帽和ＮｕＡｍｐｓ放大器。采集脑电信号较逡逑４逡逑

【参考文献】