脑电信号分析在神经信息学研究中的应用

论文摘要

大脑作为控制中枢是人体最复杂的器官。目前对大脑功能的研究还处于起步阶段。作为研究大脑工作机制的新兴交叉学科,神经信息学将神经科学和信息科学结合起来,利用现代化信息工具来研究大脑的神经处理机制。脑电分析恰好是一种使用现代化信息工具来研究大脑电活动的手段。目前,脑电研究因为其高效率,低成本,无损害,成为了众多研究手段中不可缺少的一员。本文通过研究人在不同的状态下(模拟高空缺氧,针刺足三里穴,单次电流刺激)的脑电变化,研究大脑在负荷状态、受激状态下的反应。为了研究高空缺氧对大脑的影响,通过面罩给予试被不同氧气含量的混合气体来模拟不同的高空高度。分别记录正常和高空缺氧时的脑电。结合线性和非线性方法研究正常状态和缺氧状态下脑电的区别,同时利用神经行为测试来辅证脑电分析的结果。结果显示,通过脑电可以客观、定量地区分正常状态和缺氧状态。为了探讨针灸治疗的机理,按照临床疗程给被试足三里穴进行针灸。利用脑电记录针灸的过程并研究期间脑电的变化趋势。将脑电非线性分析结合大脑的皮层分区理论,尝试解释针灸治疗的机理。结果显示,针刺足三里会引起大脑相关脑区电活动的改变,为解释针灸的机理提供了又一证据。为提出一种更有效的神经功能测量方法,给被试单次电流刺激并记录脑电。采用特征提取和模式识别方法在单次刺激的脑电中识别事件相关电位。结果显示单次电流刺激的脑电可以识别出事件相关电位。本研究可以克服传统的神经感觉功能检测方法受被试主观性影响较大的缺点。同时,在识别事件相关电位时,放弃多次叠加的传统方法,避免多次测量引起的神经疲劳。本次研究有希望发展成一种客观的,快速的神经感觉功能测试方法。综上所述,通过脑电可以识别大脑在负荷状态、受激状态下的变化。脑电分析为神经信息学研究大脑神经处理机制提供了有力的手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 神经信息学与人类脑计划
• 1.2.2 我国神经信息学研究概况
• 1.2.3 脑电概述
• 1.2.4 脑电的神经生理机制
• 1.2.5 脑电的提取
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 脑电信号分析方法
• 2.1 脑电特征提取方法
• 2.1.1 Welch功率谱
• 2.1.2 Hilbert-Huang变换及经验模态分解
• 2.1.3 近似熵
• 2.1.4 小波包分解
• 2.2 分类器
• 2.2.1 贝叶斯分类器
• 2.2.2 反向传播人工神经网络
• 2.2.3 支持向量机
• 2.2.4 KIII模型
• 第3章 模拟高空缺氧脑电研究
• 3.1 研究背景
• 3.1.1 高空缺氧的研究意义
• 3.1.2 高空缺氧的研究现状
• 3.2 模拟3500米高空缺氧实验
• 3.2.1 实验对象,材料及方法
• 3.2.2 实验过程和初步结果
• 3.2.3 模拟3500米缺氧25分钟数据分析结果
• 3.2.4 模拟3500米缺氧早期数据分析结果
• 3.3 模拟7500米高空缺氧实验
• 3.3.1 实验对象,材料及方法
• 3.3.2 实验过程和初步结果
• 3.3.3 数据分析结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 针刺足三里穴位脑电研究
• 4.1 研究背景
• 4.1.1 针刺概述及研究现状
• 4.1.2 足三里穴位及研究现状
• 4.1.3 大脑功能定位
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验对象,材料和方法
• 4.2.2 实验过程和初步结果
• 4.2.3 数据分析方法
• 4.2.4 数据分析结果
• 4.3 讨论与结论
• 第5章 电流刺激引起的事件相关电位研究
• 5.1 研究背景
• 5.1.1 感觉神经系统概述
• 5.1.2 感觉神经功能的评价
• 5.1.3 事件相关电位及其研究现状
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验对象,材料和方法
• 5.2.2 实验过程和初步结果
• 5.2.3 数据分析方法和结果
• 5.3 讨论与结论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录一 攻读学位期间已发表的学术论文
• 附录二 攻读学位期间参与研究开发项目
• 附录三 主要已发表的学术论文及收录证明
• 致谢