基于非线性理论和机器学习的意识评估体系构建方法研究

发布时间：2021-01-08 03:05

　　意识状态的评估是神经科学领域和临床实践的一个重要问题。尽管有许多理论被提出用来测量意识状态,例如熵和信息集成理论在全身麻醉深度中的应用研究等,但这些方法往往仅在某一种特定的应用场景下被证明是有效的。因此,为验证不同理论方法的有效性,意识评估需全面的考虑不同意识状态。意识分为觉醒和觉知两个维度,然而,大多数理论都只从单一的意识维度上去阐述意识的测量,目前并没有研究从两个维度上提出一个系统的框架量化可变的意识。鉴于此,本研究引入清醒、最小意识、麻醉和昏迷4种意识状态,并从意识的觉醒和觉知两个维度来构建意识的评估体系。首先,针对4种不同意识状态的脑电信号时频域对比分析,结果表明,清醒比其他三种意识状态的脑电信号幅值低,而昏迷状态的频谱能量主要集中在低频8Hz以下;其次,从功率谱密度和非线性理论两个角度实现特征提取和统计分析,功率谱密度包括5个子频段,非线性理论包括排序熵、样本熵、排序Lempel-Ziv复杂度和去趋势波动分析,结果显示,排序熵在4种状态之间两两均具有显著差异性,在意识的觉知维度上,以样本熵和排序Lempel-Ziv复杂度作为特征区分效果好,而在意识的觉醒维度上,以gamma频... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

大脑不同状态的意识双维度可视化分类患有意识障碍(DisordersOfConsciousness,DOC)的患者和意识消失(LossOf

第1章绪论-9-习与意识评估问题结合可以减小医生的主观性和个人因素，同时也为人工智能模型提供了夯实基矗1.2意识的可视化评估1.2.1脑与意识意识的生物学基础是21世纪中最具挑战性和基础性的科学问题之一，在当代西方哲学中，意识的本质是人脑的机能。关于意识的研究课题多种多样，意识的研究方案更是千差万别，而脑科学家们让意识探索从空想走向实践。在《脑与意识》书中[11]，法国著名认知神经科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂认为，意识是大脑构建出的“脑内世界模型”，相当于一个带有“自我”这个虚拟操作者的虚拟操作平台[12]，正如下图1-2所示脑内世界模型直观图。迪昂用富有创造性实验和脑科学知识，将看不见的意识变得“可见”起来，掀起了脑与意识的新篇章。图1-2脑内世界模型直观图一般来说，为了完成某一项简单的任务，我们的大脑需要依赖每个脑功能区域相互作用，相互协调，因此可以把大脑看成脑网络节点间的功能连接。“网络”一词意味着连通性，人们已经分析了大脑网络中各种形式的连通性。撇开大脑结构或解剖学不谈，许多研究一致证明[4]，当人在无意识状态下，大规模的功能脑网络会崩溃。

燕山大学工程硕士学位论文-10-意识作为大脑的一种整体功能状态，它与大规模皮层-皮层和丘脑-皮层网络产生的神经元振荡存在内在联系。更具体地说，在睡眠、全身麻醉或病理状态期间，利用功能磁共振成像对静息状态下的脑网络连接性研究已经证明皮层-皮层和丘脑-皮层网络的断开[13]。1.2.2脑损伤的意识恢复评估在重症监护室里，随着严重急性脑损伤抢救生还的患者数量的增加，对那些由严重的脑损伤导致的DOC患者的唤醒，准确可靠的意识评估工具也是起着至关重要的[14]。虽然这些患者中的大多数在受伤后的第一天内是从昏迷中恢复意识，但是一些患者永久性地丧失了所有脑干功能(脑死亡)[15]，而其他患者则转变为“清醒无意识”，即植物人状态(VegetativeState,VS)，那些恢复意识的患者通常会在完全或部分恢复意识之前进入不同阶段[16]，如图1-3所示。图1-3由脑损伤导致昏迷预后流程图医生可以区分昏迷状态、无反应性清醒综合征(NonreactiveWakefulnessSyndrome,UWS)和最小意识状态(MinimallyConsciousState,MCS)。通过睁闭眼睛可以有助于区分昏迷患者和UWS患者，在MCS患者中会显现出意识存在的迹象，尤其是在MCS患者的命令遵循和视觉观察两方面，然而这两个方面在UWS患者中未能显现。临床医生相信这些患者当中有大多数能对周围环境和自身状况的认知，这


本文编号：2963781