双眼竞争的客观检测方法

论文摘要

目前关于意识(Consciousness)问题的研究是生理学、神经生理学和神经影像学等领域的一个热门课题。双眼竞争(Binocular Rivalry)是客观恒定的物理刺激与主观不断交替的知觉(Perception)体验相分离的一种视觉生理现象,是研究意识问题的突破口之一。长期以来,以主观报告为主研究双眼竞争的方法受个体差异影响很大,因而对双眼竞争采用客观研究方法有其必要性。频率标记双眼竞争是利用稳态视觉诱发电位的频率特性,通过两个刺激频率对两种意识状态进行标记,辅以脑电分析方法来研究觉知和意识相关问题,是一种客观研究觉知状态的新方法。实验研究表明,采用高频段作为标记频率可避开背景脑电频段干扰,并有效抑制视疲劳。本论文建立了一套基于频率标记的双眼竞争意识交替的客观检测方法,包含瞬态检测、均值检测和速率指数脑成像方法。为实现双眼竞争瞬时意识状态的客观检测,将模式识别技术运用于识别两种意识状态的分类方法,可有效地观察双眼竞争的生理过程。为客观、定量地评价双眼竞争交替快慢,进一步提出了运用相位锁定与互功率谱估计相结合的脑电分析算法,来计算意识交替的平均速率,该算法抗噪性好,检测精度高,对临床和科研都有重要意义。基于上述算法,本文还提出以“速率指数”作为评价参与双眼竞争意识活动程度的指标,形成一种新的脑成像方法,相比于传统的fMRI等研究手段具有时间分辨率高、实验操作方便、成本低等优点。本论文基于上述研究方法并结合实验结果,提出了关于双眼竞争的神经机制的模型假设,并基于此模型对当前关于双眼竞争机制的几个热点问题给出可能的解释。本论文提出的客观检测算法,突破了以往以受试者主观报告作为标准的研究方法,实验不再需要主观参与,特别适用于无法言语表达的婴儿及老人受试,实现了对双眼竞争中意识现象的客观评价。基于速率指数成像结果,对双眼竞争机制的模型给出了假设。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 双眼竞争
• 1.2 双眼竞争的研究现状
• 1.3 双眼竞争的研究方法
• 1.4 双眼竞争的客观检测方法
• 1.5 与双眼竞争有关的热点问题与主要科学问题
• 1.5.1 意识神经相关物研究热点
• 1.5.2 有待解决的主要科学问题
• 1.6 本次研究的重点
• 1.7 论文各章节的介绍
• 第2章 频率标记双眼竞争
• 2.1 稳态视觉诱发电位
• 2.2 频率标记双眼竞争的实验方法
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 标记频率的选择
• 2.3 基于频率标记双眼竞争的意识交替的研究
• 2.4 基于频率标记双眼竞争的意识神经相关物定位的研究
• 2.4.1 频率标记用于FFA 定位
• 2.4.2 频率标记用于双眼竞争工作机制的相关研究
• 2.4.3 频率标记结合Curry 软件的使用
• 2.5 本章小结
• 第3章 意识交替的客观检测
• 3.1 引言
• 3.2 分类特征的选取
• 3.2.1 短时能量
• 3.2.2 相位锁定值
• 3.2.3 PLV 和短时能量特征的可行性分析
• 3.3 意识状态的分类算法
• 3.4 实验设计和结果
• 3.4.1 实验设计和数据处理
• 3.4.2 实验结果及算法改进
• 3.5 讨论
• 3.5.1 意识交替“金标准”的困惑
• 3.5.2 PLV 和短时能量的比较
• 3.5.3 跟踪性能
• 3.6 本章小结
• 第4章 意识交替平均速率的客观检测
• 4.1 引言
• 4.2 平均速率的客观检测方法
• 4.2.1 基于PLV 的互谱检测
• 4.2.2 PLV-CPSD 算法的仿真分析
• 4.2.3 算法的抗噪性能分析
• 4.3 数据处理及结果
• 4.3.1 主观行为数据的处理
• 4.3.2 基于脑电的客观速率检测
• 4.3.3 统计结果
• 4.4 讨论
• 4.4.1 客观检测的应用价值
• 4.4.2 互谱优于时域的互相关
• 4.4.3 PLV-CPSD 方法的稳定性
• 4.4.4 多导数据
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于RI-MAPPING 的双眼竞争机制模型
• 5.1 双眼竞争的关键问题
• 5.2 速率指数（RATE-INDEX）及成像方法
• 5.2.1 原理
• 5.2.2 Mapping 结果
• 5.3 速率指数图的解释和“多层次竞争”模型的假设
• 5.3.1 经典视觉通路
• 5.3.2 “通路传导”模型
• 5.3.3 基于多层传导模型的热点问题解释
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本论文工作总结
• 6.2 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果