脑电节律与磁共振信息融合及在癫痫研究中的应用

发布时间：2021-10-08 17:20

　　脑电（EEG）和功能磁共振（fMRI）作为神经信息研究常用的无创技术,能够在宏观水平探测大脑神经活动,在认知神经科学、神经精神类疾病以及心理学研究中已得到广泛应用。将EEG和fMRI信号进行结合能够利用这两种技术的互补性,挖掘大脑时空信息,为理解神经活动的起源及调制提供了可行性。本文基于同步EEG和fMRI数据,发展EEG-fMRI网络融合方法,探索大脑中神经震荡与BOLD信号的关系,进一步挖掘与癫痫活动有关的节律特征和空间模式,并提出具有特色的癫痫放电和调制模型假设。本文主要研究内容包括以下五个部分:第一部分,从EEG全局的时空指标以及参考电极的基础问题出发,进行基于质心的EEG时空特征和MRI空间模式的融合研究。提出EEG质心偏侧性和质心行进速度的定量EEG指标,并揭示了静息态不同节律震荡和任务态P300的质心轨迹和时空模式。进一步通过同步EEG和MRI融合,探索了静息态下EEG节律的质心行进与大脑固有网络以及大脑白质纤维的关系。结果发现,静息态下不同节律和P300的质心行进具有特异性的时空模式。而且,EEG节律质心的行进偏侧性能够被特定的大脑固有网络解释,质心行进速度与胼胝体、放... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：155 页

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常见的EEG-MRI同步采集系统

电子科技大学博士学位论文12括：（1）MRI的结构信息提供更精确的头模型，从而提升EEG源定位精度[70,71]；（2）通过fMRI的激活图谱为脑电反演提供种子点，然后进行偶极子定位优化，从而考察EEG源的时间进程[72]；（3）将fMRI空间网络作为源定位的空间约束，考察皮层间EEG的交互活动[73]；（4）fMRI的活动提供脑电皮层成像的权重，利用EEG进行皮层成像[74]。通过fMRI进行EEG源重建存在两个基本假设：第一个是在大脑内源区域的fMRI信号也携带了此处偶极子活动的信息，另一个是产生头表脑电的神经元确实引起了相应的代谢响应。但是实际可能存在神经元同步活动引起了电生理响应却没有引起代谢响应的情况，这样采用fMRI约束可能会产生有偏约束，因此需要结合多种方法进行EEG源分析来得到准确的源活动情况。图1-2EEG-fMRI基本融合框架和常用分析手段1.4.4.2基于EEG特征驱动的fMRI分析基于EEG特征驱动的fMRI分析通常是利用EEG携带的幅度、能量、反应时等时间信息作为血流动力学响应预测变量纳入广义线性模型中，然后将预测出的响应进行统计分析产生全脑fMRI响应图谱。由于EEG的高时间分辨率，这种EEG驱动的fMRI融合通常需要将EEG特征与HRF函数进行卷积，而且需要将EEG的时间过程通过某种方式进行降采样用于匹配fMRI的采集时程。根据不同的EEG特征和BOLD耦合假设，EEG特征驱动的fMRI分析包括：（1）特定频段的能量波动相关的皮层和皮层下的BOLD响应[58,75]；（2）试次间的ERP波动驱动的fMRI预测，可以将刺激在试次水平上引起的ERP的幅度、潜伏期以及从ERP提取的其他生理心理测量指标作为特征进行fMRI的预测[76]）；（3）与疾病有关的EEG特

第一章绪论17图1-3本论文的主要研究内容1.7本论文的组织安排本学位论文的组织结构如下：第一章绪论介绍了EEG和fMRI生理基础，大脑网络连接，以及脑电-磁共振融合理论、方法及在癫痫中的应用。第二章基于质心的EEG时空特征与MRI空间模式融合研究提出基于EEG质心的时空定量指标，考察了参考电极对质心的影响，分析了静息态和P300任务态下EEG质心特点，并在头表EEG质心表征与大脑静息态网络（特别是深层网络）以及白质纤维连接之间建立联系，为后面章节的癫痫应用研究提供了研究基矗第三章青少年肌阵挛癫痫EEG网络变异性相关的fMRI研究发展EEG-fMRI网络融合方法，提出通过EEG网络时间变异性进行癫痫大脑BOLD活动预测，并通过调制交互模型对癫痫活动关键区域之间的耦合进行分析，阐释了癫痫大脑中的关键环路。第四章EEG节律网络依赖的丘脑皮层耦合及在癫痫中的应用根据上一章提出的EEG-fMRI融合调制交互模型以及得到的关键癫痫环路，聚焦丘脑到皮层网络耦合对EEG网络动态的节律依赖性，以及这种调制依赖性在不同的癫痫患者中的异常改变，发现了全面性癫痫丘脑皮层环路对alpha增强的依赖。第五章Alpha-BOLD在癫痫大脑中的时空一致性研究为了进一步阐明全面性癫痫大脑与alpha节律的关系，本章从时间和空间两个维度出发考察全面性癫痫大脑中自发的alpha节律与BOLD信号的共变


本文编号：3424612