基于EEG与fMRI多模信息融合的P300大尺度网络研究

发布时间：2020-05-25 18:51

【摘要】：P300与多种认知功能,如注意力、智力和工作记忆等相关,这些功能的实现依赖于大尺度脑区之间的相互作用。尽管依赖于功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)或脑电图(Electroencephalogram,EEG)的研究已经对P300的信号源和相应的脑网络进行了一定的分析,但同步EEG-fMRI相关的研究还比较少,也缺乏对应于P300大尺度脑网络的报道。实际上,已有相关研究报道了存在于个体间较大的P300差异性,但差异背后的神经机制仍然不是很清楚。因此,基于同步采集的EEG-fMRI,本文开展了P300大尺度脑网络的相关研究,主要包括以下三个方面的内容:1、基于空间脑图谱的P300大尺度网络分析。借助Power264脑模板和典型相关分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)方法,我们构建了相应的静息态和任务态fMRI大尺度功能网络。研究发现,静息态大尺度网络中,默认网络(Default mode,DMN)与视觉网络(Visual)、额顶任务控制网络(Fronto-parietal Task Control,FPN)、显著网络(Salience)等多个子网络间的交互较强,这种良好交互是脑功能得以完成的基础。从静息态切换到任务态1时,P300的多个起源区域激活,使得FPN的参与更强,表现为FPN-Salience的交互作用增强;任务态2中为了响应复杂任务持续进行的需求,DMN的核心节点作用减弱,带状盖回任务控制网络(Cingulo-opercular Task Control,CON)与Salience的连接重新增强,加强了和P300诱发相关的多个阶段中的信息处理。2、基于组间时空分解的P300大尺度网络分析。我们使用独立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)对fMRI信号进行时空分解,获得了大尺度网络的节点以及相应时间过程。组间ICA分离出外纹状/初级视觉网络(extrastriate/primary visual network,Extra/Prim VN)、背侧注意网络(dorsal attention network,DAN)、左/右侧额顶网络(left/right frontal-parietal network,L/RFPN)、感觉运动网络(somato-motor network,SMN)等11个与P300相关的子网络;基于以上11个子网络,我们构建了P300大尺度功能网络。与此同时,同步EEG数据的分析发现,目标刺激诱发了清晰的P300波形。我们发现,受试者的P300幅值与P300大尺度网络的聚类系数、全局效率、局部效率呈显著负相关,而与特征路径长度呈显著正相关,意味着幅值更高的个体在执行任务时,只需要消耗更少的网络资源。P300幅值更高的个体,在静息态的大脑更高效,即任务态的“起点”更高,因此,任务态时高幅值的个体反而不需要消耗太多的网络资源。3、基于滑动时间窗的P300动态大尺度网络分析。我们通过滑动时间窗截取独立成分的时间序列以构建P300功能网络。聚类分析结果显示,在最优窗长下,P300动态大尺度网络可以归纳为2个不同的模式,即响应目标刺激的较强功能网络连接以及响应标准刺激的较弱功能网络连接。目标刺激对应的大尺度网络中,在RFPN表现出更强的偏侧性;且因进行辨别任务时需要在视野中聚焦注意力,而引起Extra VN更强的参与。作为代偿,在标准刺激对应的大尺度网络中,LFPN和Prim VN有较强参与。以上响应目标和标准刺激的不同策略也解释了目标刺激和标准刺激诱发了不同的信号(目标刺激诱发了一个清晰的P300波形)。因此,我们可以从P300任务态的时间序列中,更精细地获取大脑对不同刺激反应时对应的大尺度网络的信息。
【图文】：

连接的敏感性和特异性与用于划分大脑网络的框架是否全面和准确直接相以当前基于图论的功能脑网络研究的一大障碍是很难定义构成大脑网络的点。先验的脑图谱可以将人脑划分为各个功能网络，便于我们在子网络间的研究全脑的交互模式。构建全脑的磁共振静息态功能连接的标准方法将体为节点[64]；使用自动解剖标记（Anatomical Automatic Labeling,AAL）模板于脑图谱解剖学上的区域形成 90 个节点的脑网络划分；正电子发射断层成Positron Emission Tomography, PET）和 fMRI 实验将功能网络定义为大脑类型的任务期间共同激活的区域[65]。这些方法并不意味着形成与大脑组织的宏观“单元”，因此不一定能够形成良好的节点。将一个真实系统模拟为图果该图形的节点不能准确地表示系统中某个真实要素，那么它在图论里的会偏离系统的真实属性，这个图形也就不是一个准确的模型。圣路易斯华学 Power 教授团队提出一种新的定义方法，定义了一组更合适的节点，一上客服了克服这些障碍。图 2-1 展示了现有的一些定义功能网络的方法和相能网络[66]。

实验为event设计
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O157.5;R445.2;R741.044;R338

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 邢如楠;大尺度海气相互作用与水分循环[J];水科学进展;1999年03期

2 曾庆宜;;大尺度城市滨江景观带设计方法初探——以广州珠江一江两岸核心段景观设计为例[J];现代园艺;2018年13期

3 刘可晶;刘大为;;超星系团间作用力[J];科学技术与工程;2011年35期

4 孙行知;钟中;江静;;西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析[J];地球物理学报;2017年03期

5 刘冰;;大连庄河市总体城市设计的规划实践[J];山西建筑;2011年28期

6 谢萍;李明智;刘振翼;;开放空间大尺度可燃气云爆炸测试技术探讨[J];中国测试;2018年08期

7 杨一帆;邓东;肖礼军;伍敏;;大尺度城市设计定量方法与技术初探——以“苏州市总体城市设计”为例[J];城市规划;2010年05期

8 周贤;杜立红;李二鹏;;特殊形状大尺度岩心渗透率测试方法研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2012年01期

9 胡显燕;陈玮;邓娟;文银平;;大尺度楼盖温度效应分析[J];武汉工程大学学报;2008年03期

10 宋亚新;张发旺;荆恩春;韩占涛;陈立;沈辉;赵红梅;;农田大尺度土壤水空间变异试验研究[J];水文地质工程地质;2008年02期

相关会议论文 前3条

1 闫琳;卫晓;;大尺度地区乡村空间优化的技术探索——以珠三角为例[A];新常态：传承与变革——2015中国城市规划年会论文集（14乡村规划）[C];2015年

2 李银芳;;黄花机场一次强雷暴过程的诊断分析[A];中国气象学会2006年年会“航空气象探测、预报、预警技术进展”分会场论文集[C];2006年

3 王珏;梁琪瑶;陈燕;;南阳市冰雹客观预报方法专家系统[A];中国气象学会2006年年会“灾害性天气系统的活动及其预报技术”分会场论文集[C];2006年

相关博士学位论文 前4条

1 李志超;大尺度激光等离子体相互作用的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年

2 郭伟;夜间灯光数椐和MODIS数据用于大尺度不透水面制图研究[D];武汉大学;2015年

3 席建奋;煤炭地下气化过程特征场演化规律研究[D];中国矿业大学(北京);2016年

4 乔磊;大尺度复杂张拉薄膜结构整体分析理论及其软件化[D];北京交通大学;2011年

相关硕士学位论文 前9条

1 彭文静;基于EEG与fMRI多模信息融合的P300大尺度网络研究[D];电子科技大学;2019年

2 王振明;大尺度几何量坐标测量不确定度研究[D];国防科学技术大学;2010年

3 张莉;中国北方大尺度植被格局研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

4 王忠远;柴油机喷油器喷孔内空化现象非稳态实验研究[D];天津大学;2012年

5 李波;超宽带室内信道模型的研究[D];山东大学;2006年

6 徐晓红;大尺度弹性微球研制与调剖特性研究[D];中国石油大学(华东);2016年

7 辛少辉;水下结构光大尺度三维探测技术研究[D];中国海洋大学;2011年

8 邢松伟;基于SDOG-ESSG的大尺度空间对象三维建模[D];中国矿业大学;2017年

9 胡显燕;大尺度楼盖结构温度效应分析及裂缝控制方法[D];华中科技大学;2005年

，

本文编号：2680589