基于Comsol的脑电信号分析模型的研究与应用

发布时间：2017-04-24 12:10

  本文关键词：基于Comsol的脑电信号分析模型的研究与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：神经网络电活动对研究脑功能和定位病灶是非常重要的,活体实验采用的脑深度记录(Deep Brain EEG)或临床采用的颅内电极记录(iEEG)是常规使用的技术,这些技术采集的记录是局部场电位(Local Field Potential,LFP)。例如,与脑的学习、记忆等功能有很大关系的Theta节律(4~12Hz)可由神经核团的局部场电位(Local Field Potentials,LFPs)提取。由场电位计算的能量和相位稳定性是广泛使用的分析参量,但目前尚不清楚它们与神经电活动源以及生物组织特性的关系,论文基于此从理论上研究了这一问题。在神经网络层面上,解释活体局部场电位产生机制,普遍采用的是等效偶极子电流理论:脑电的局部场电位是细胞外电流(体电流)流经周围媒质所形成,体电流由在空间上平行分布而在时间上同步或准同步激活的神经元群所决定,可等效为偶极子电流。论文利用了Comsol Multiphysics(FEMLAB)所提供的有限元方法(FEM)在球模型上计算了Theta振荡的偶极子电流源所产生的场电位(Field Potentials,FPs);使用希尔伯特变换提取了Theta节律的能量和相位;采用了三种方法计算了Theta相位稳定性:相位稳定指数、相差玫瑰图统计方法、基于傅里叶变换和反变换,并借助脑电计算软件EEGLAB所提供的相位同步的条图(Phase Sorting)统计方法;分析了它们随偶极子电流源的活动(振幅、频率、初相和持续时间)及其位置的变化规律,也研究了它们与导电媒质电导率、各向同性和各向异性的关系。发现:(1)Theta能量随着导电媒质电导率的增大而减小;它不仅与偶极子电流源的振幅平方成正比,而且与其所处的位置有很大关系,但却与其频率和相位稳定性关系不大;(2)Theta相位稳定性只取决于偶极子电流源的相位稳定性,与其它因素关系不大。结论:Theta能量不仅与生物组织导电特性有关,也与其电活动特性有关;Theta相位稳定性却只与生物组织电活动特性有关。由此推测:场电位的能量和相位稳定性在衡量与Theta节律相关的脑功能时可有不同的表达方式,同时对它们的分析可提供更多的神经活动信息,这项工作有助于认识生物组织对认知节律的影响。
【关键词】：偶极子 场电位 导电介质 Theta 节律
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R338;TN911.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 课题研究背景及意义10-11
• 1.3 等效电流偶极子理论的基本原理11-12
• 1.4 本课题的主要工作及论文结构12-15
• 1.4.1 论文的主要工作12
• 1.4.2 文章的结构12-15
• 第二章 有限元法15-23
• 2.1 有限元法简介15-16
• 2.2 有限元法的发展概况16
• 2.3 有限元法的数值计算16-21
• 2.3.1 有限元法解题思路16-17
• 2.3.2 有限元法在求解中的应用17-20
• 2.3.3 有限元法解题步骤20-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章 多场耦合软件Comsol Multiphysics23-27
• 3.1 Comsol Multiphysics简介23-24
• 3.2 Comsol Multiphysics的AC/DC模块24-25
• 3.3 本章小结25-27
• 第四章 准静态场电位的研究27-37
• 4.1 Theta振荡27-28
• 4.2 偶极子电流的场电位28-29
• 4.3 电导率29-31
• 4.4 瞬时能量和相位的计算31-33
• 4.5 相位稳定性33-34
• 4.6 统计方法34-35
• 4.7 本章小结35-37
• 第五章 Theta的能量分析37-47
• 5.1 Theta能量和导电媒质的电导率的关系37-39
• 5.2 Theta能量与振荡偶极子电流的关系39-41
• 5.3 Theta能量与偶极子电流位置的关系41-45
• 5.4 本章小结45-47
• 第六章 Theta的相位稳定性47-55
• 6.1 Theta的相位稳定性与偶极子电流及导电媒质电导率的关系47-52
• 6.2 Theta的相位稳定性与偶极子位置的关系52-54
• 6.3 本章小结54-55
• 第七章 工作总结与展望55-57
• 7.1 工作总结55-56
• 7.2 工作展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果61-63
• 致谢63

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