203基于脑电图的大脑功能性网络分析

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１２期

方小玲等：基于脑电图的大脑功能性网络分析

图（ＥＥＧ）测量虽然空间定位性不太好，而且网络节点数量相对较少，但是它也有其特殊的优点，即时间分辨率较高、可进行实时监控，并且价格便宜、获取容易．另外，有些疾病（如Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ症）由于特殊原因而不能或不适宜进行ＦＭＲＩ检查．在国内相关研究中，ＥＥＧ数据已被广泛采用Ｈ４。引．因此，本文尝试用ＥＥＧ时间序列建立脑功能性网络进行分析．

对大脑进行研究的一个重要目的就是力图使之有利于脑病的判断、预警及治疗，因此我们应该努力将复杂脑网络的研究与临床研究联系起来．酒精成瘾是指饮酒导致精神或躯体对酒精的依赖，它是众多困扰人类的常见疾病中的一种．酒瘾患者尽管清楚饮酒带来的不良后果，但为了谋求饮酒后的精神效应或为了避免由于停酒产生的戒断综合征仍会饮用，且他们中多数人曾多次试图戒酒而失败．长期的过量饮酒会导致精神和躯体明显受损，病状一般包括不同程度的记忆力衰退、计算力和判断力下降，还可有幻觉、妄想、眼球及四肢震颤、共济失调、四肢肌肉萎缩等．据一项调查表明，美国一般人口中酒瘾终生患病率平均为１３．６％；在我国最近１０多年来，酒精消耗量和酒精成瘾患病率均大幅度上升．因此，研究基于酒精成瘾患者ＥＥＧ数据构建的脑功能性网络，并将其与正常人ＥＥＧ数据构建的脑功能性网络进行比较研究，具有重要意义．

２．功能性脑网络的构建

２．１．数据来源

本文研究中所用ＥＥＧ原始数据拥有者是美国纽约州立大学健康中心神经动力学实验室的ＨｅｎｒｉＢｅｇｌｅｉｔｅｒ博士，提供人是ＬｅｓｔｅｒＩｎｇｂｅｒ博士．这些数据来源于对“酒精中毒遗传倾向性相关ＥＥＧ”的大规模研究，实验采用２５６Ｈｚ频率、６４导联头皮测量．实验对象分为酒精成瘾患者与正常人两组．一共有１２２位测量对象（其中患者７８位，正常人４４位），对每位测量对象都进行了在不同刺激条件下的１２０次测量．电极安放位置遵循１９９０年制定的全美ＥＥＧ协会标准电极位置命名法所规定的标准点．刺激条件有单一刺激（Ｓ１）、两个匹配的刺激（Ｓ２一Ｍ）和两个不匹配的刺激（ｓ２．Ｎ）三种不同情况．这些刺激来自于Ｓｏｎｄｇｒａｓｓ和Ｖａｎｄｅｒｗａｒｔ于１９８０年提出来的标准图片组，这些图片组是依据一套特定规则绘制出来的黑

万　

方数据白线条图（我们可以用标准视力表来类比），其标准是基于与认知过程最为相关的命名相关度（ｎａｍｅａｇｒｅｅｍｅｎｔ）、想象相关度（ｉｍａｇｅａｇｒｅｅｍｅｎｔ）、熟悉度（ｆａｍｉｌｉａｒｉｔｙ）以及视觉复杂度（ｖｉｓｕａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）四个变量．目前很多与大脑、认知相关的研究都是采取的这一标准图片组．

２．２．基于ＥＥＧ数据的功能性脑网络构建

大脑功能性网络是个抽象的网络，我们定义ＥＥＧ的每一个导联所测量区域就是网络的一个节点，，其电活动为若干时间序列．通过计算这些时间序列之间的相关性，可以得出一个相关性矩阵，这是一个对称阵，其中每个元素Ｃ。代表脑区域ｉ与脑区域歹之间的相关值．定义相关性阈值ｒ。，当某个相关值大于阈值时，就认为两个脑区域之间功能性相关，大脑功能性网络矩阵元素值为１；反之，则认为两个脑区域之间功能性无关，大脑功能性网络矩阵元素值为零．应注意的是，这里的“相关”、“无关”的确定并不考虑两个脑区域之间是否具有解剖学上的实际连接．由此建立一个完整的基于ＥＥＧ数据的大脑功能性复杂网络．

下面考虑阈值Ｌ的选择．在Ｅｇｕｉｌｕｚ等【１３１进行的基于ＦＭＲＩ的功能性网络研究中，把ｒ。定为０．５，０．６和０．７，但并未清楚地说明这样选择的原因．本文中阈值选择遵循如下规则：目前研究结果已经证

实了大脑是一个稀疏连接的网络，它由大约１０１１个高度互联的神经元组成，每个神经元约有１０＇个连接．然而，其整体连接因子（真实的连接数量与等价全局耦合网络的连接数量的比值）大约只有１０。［１刮．数值模拟发现，当ｒｃ＝０．９５时，所得的功能性网络是稀疏的．当时间序列之间的相关性大于０．９５的时候，才认为两个脑区之间有功能性连接．图Ｉ简要说明了建立功能性脑网络的流程．

３．对功能性脑网络的分析：度分布、聚类系数和大脑神经网络信息熵

３．１．度分布

度是复杂网络理论中一个非常重要的概念．它的计算公式非常简单，对于节点ｉ若有ｋ（ｉ）个节点与它相连，则它的度就是ｋ（ｉ）．对于整个网络，度分布为‘１７１

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