基于低频段光诱发的EEG和fMRI同步化特性分析

采用脑电和功能磁共振成像同步技术,研究低频段光(θ波段)诱发的脑电信号及脑局部激活分布的同步化特性,旨在探索脑功能激活区和脑电相关区域存在可能关联.通过定量分析志愿者脑电θ波在刺激与静息2种状态下的功率谱,研究发现θ波功率在枕部(O2)、顶部(P4)、中央(C3)和颞部(T6)等区域均有较明显的增强.通过分析光刺激前后fMRI扫描图像序列,由Fixed effects模型分析发现志愿者枕叶(-3.42,-92.98,-4.77)、后扣带回(-8.00,-65.72,11.17)有较明显正激活,前额叶(7.97,42.21,39.63)、顶叶(-8.00,-54.36,49.87)、颞叶(-39.84,3.59,-22.98)、中脑(-3.42,-25.95,-7.04)等有明显的负激活.对EEG与fMRI信息的同步化特性初步分析表明光刺激脑电信号变化与局部脑激活局部区域(如枕叶)有较强的一致性.

一种新的电子耳蜗的刺激脉冲序列的合成方案

现有的电子耳蜗的刺激脉冲序列的合成方案都是以固定频率和位置编码方式刺激听觉神经纤维来诱发听觉。但是,这些合成方法破坏了语音信号的时间上的相关性和相干性,均不能反映人的耳蜗对语音信号的时间编码方式。本研究提出了一种全新的刺激脉冲序列的合成方案,该方案能够在语音信号的小波变换域上的过零点处产生刺激脉冲合成脉冲序列,我们将之称为小波过零刺激方案。小波 过零刺激方案可有效地克服电极之间的相互影响,同时刺激脉冲序列的时间间隔完全由语音信号的动态特性确定,从而保证了语音信号的时间相关性和相干性。

大鼠经颅超声刺激响应信号处理算法设计与实现

目的是从经颅超声刺激实验中记录到的复杂大鼠后腿收缩张力信号中自动检测由刺激诱发的响应信号。该算法先是应用小波变换的多分辨特征实现慢收缩和快收缩张力信号的分离和消噪,慢收缩信号以预张力和呼吸波幅度为阈值检测超声的诱发慢收缩响应,并分析每次刺激开始前的信号更新预张力和呼吸波幅度。快收缩响应以刺激开始前张力信号的3倍方差作为阈值检测超声诱发快收缩响应。经验证算法能成功识别出了各种不同特征的收缩响应,经过对53组实验数据中1 623次超声刺激的响应检测,慢响应和快响应的识别准确性分别达到96.55%和95.64%。本算法为超声刺激诱发张力响应信号的识别和特征参数提供了一种有效、可靠的数据处理与分析方法,是经颅超声刺激神经调理作用研究中对响应进行评估的基础。

基于5Hz频率光诱发的脑电信号θ波的时-频分析

通过时-频法研究5 Hz频率光刺激前、光刺激中平均脑电信号θ波能量百分比的差异性。研究发现光刺激中能量百分比在前额(F8)、顶部(P4)、中央(C3)、颞区(T6)和枕部(O2)均有显著性增加。在枕部(O2)区域光诱发最初20 s内α波能量百分比从45%下降到30%,θ波能量百分比从25%上升到35%,θ波能量百分比呈上升趋势;中间20 s内,θ波能量百分比呈下降趋势,最后20 s,θ波能量百分比恢复到基线。以上结果说明在20～30 s,5 Hz频率光刺激能够驱动脑电信号从优势脑波α波转向以θ波为主。对研究低频率光诱发响应,应用时-频脑电波能量百分比方法是一条新的途径。

基于磁刺激内关穴的脑电α波时频分析

目的本文将磁刺激和传统中医穴位、经络传导相结合,研究了磁刺激内关穴对大脑α波的分布及能量的影响。方法绘制不同状态下的α波分布的脑电地形图,分析磁刺激对大脑α波分布的影响。采用Gabor小波和希尔伯特变换方法研究磁刺激对大脑α波能量的影响。结果磁刺激内关穴能够引起被试者α波的分布及能量的变化,表现在:磁刺激时α波分布范围大于安静状态;与刺激前相比,磁刺激后大脑额叶和左侧枕叶的α波能量明显增强。结论本研究表明磁刺激被试者的内关穴可能使被试者达到清醒和镇定的状态,与针刺内关穴的安神醒脑作用有着异曲同工之效。本研究验证了磁刺激穴位的有效性,为今后的相关研究奠定了基础。

脑电-肌电信号样本熵与小波熵分析

为了探索自主动作和电刺激产生动作两种不同模式下的大脑运动皮层活动与肌肉收缩之间的关系,搭建了脑电和肌电实验测量平台,设计了自主腕部外旋和穴位电刺激两种实验动作模式,同步采集不同动作模式诱发的脑电信号和表面肌电信号,计算和分析信号的样本熵与小波熵.结果发现穴位电刺激模式下,脑电信号样本熵增大,肌电信号样本熵减小,脑-肌电的平均互样本熵增大,肌电信号的小波熵明显减小.表明穴位电刺激使大脑活动复杂性提高,肌肉活动的有序性增强,出现了优势节律,脑-肌电协同性提高.

电子耳蜗的小波过零刺激方案及其DSP实现

目的:介绍小波过零刺激(Wavelet Zero-cross Stimulation,WZS)算法,并利用该算法设计实现人工电子耳蜗系统。方法:基于DSP芯片,采用ICETEK-VC5416语音开发板模拟小波过零刺激语音编码策略,同时进行人工电子耳蜗系统的硬件设计,并将计算机模拟的结果和CIS方案对比。结果:经过小波过零刺激算法处理的8个通道的语音信号进行合成,然后经扬声器播出,可听见较清晰的声音。结论:对小波过零刺激方案于语音信号小波变换域的过零点处合成刺激脉冲,其保留了语音信号的时域相关性和相干性,能够反映人的耳蜗对语音信号的时间编码特性。

时移地震非一致性影响研究与互均衡效果验证

用地震子波对时移地震非一致性造成的影响进行了模拟。将影响因素概括为 4种形式 ,即时移、相位变化、振幅量级不一致、频宽不一致。采用互均衡技术对以上 4种情况进行校正 ,达到了理想的效果 ,为实际资料的处理和方法研究奠定了理论基础。

经穴电刺激诱发的脑-肌电信号相干性研究

为探索自主动作和穴位电刺激诱发的大脑皮层活动与肌肉收缩之间的功能耦合作用,设计穴位电刺激和自主动作两种实验模式,分别采集对应的脑电信号和表面肌电信号,对信号进行预处理得到纯净的诱发脑电和肌电信号.然后进行小波变换,获得信号的小波谱和小波交叉谱,计算小波相干系数,分析脑电和肌电信号的时-频相干特性.结果表明：穴位电刺激诱发的脑-肌电相干性主要集中在15~25 Hz信号频段,对应于大脑β节律;而自主动作下的脑-肌电相干性集中在30~36Hz频段,对应于大脑γ节律;不同导联的脑-肌电信号相干特性,表明穴位电刺激诱发的腕部肌肉动作与对侧大脑运动区相干性最强.该研究为运动功能康复和智能假肢开发奠定了基础.

耳声发射信号的小波分析及应用

为了利用瞬态诱发耳声发射信号 ,对耳蜗性和蜗后性两种感音神经性耳聋进行病变诊断和定位 ,提出了一种基于小波变换的方法 ,用于对感音神经性耳聋病变进行诊断和定位。首先 ,获取听力正常耳信号的小波变换的对数均方根 -频率曲线范围 ,及在对侧刺激声作用下,信号受抑制的小波变换的对数均方根 -频率曲线范围 ;然后根据某一受试耳有无对侧刺激声作用下的瞬态诱发耳声发射信号 ,得出其小波变换的对数均方根曲线及受抑制的对数均方根曲线 ;最后 ,检测受试耳的两条曲线是否分别在正常值范围内 ,由此对受试耳的耳蜗及内侧橄榄耳蜗系统功能进行检测 ,同时根据每一条曲线将蜗性及蜗后病变定位到某一细致的频带。此方法与目前临床上采用的耳声发射结合ABR和纯音测听的诊断方法能很好地吻合。

机器学习与脑电信号分析相结合的眩晕状态分类

背景:脑电图是临床上检测及分析眩晕的一种常用手段,目前多采用单极或多级导联描记并分析脑电频率是否异常。但眩晕的脑电活动过程是异常复杂的,仅采用频率快慢分析的方法,很难对眩晕状态进行准确的分类和检测。目的:将机器学习与脑电信号分析相结合对眩晕状态进行分类,这对眩晕的诊断具有一定的研究意义和临床应用价值。方法:采用无创的前庭功能调节技术前庭电刺激制造可逆的眩晕状态,刺激电流强度为1,2,4倍皮肤感知阈值,被试在不同强度电流刺激后需填写眩晕残障量表,根据眩晕障碍量表评估结果将眩晕症状分为不同的等级,以此作为脑电分类有监督学习的数据标签。采集刺激后的脑电信号,通过小波变换提取脑电信号的小波能量以及小波熵的样本特征,利用多种机器学习分类模型对有无眩晕以及不同等级眩晕的样本特征进行分类。结果与结论:①通过对多种分类模型分类结果的对比发现:基于脑电信号小波变换特征的有监督学习分类可以实现是否眩晕和眩晕等级的二分类和多分类;②随机森林分类模型较逻辑回归模型、支持向量机模型、反向传播神经网络模型在眩晕检测的二分类以及多分类问题上表现出较高的准确率,其中二分类准确率最高可达82.5%,操作特性曲线面积为0.913,三分类准确率最高可达75.8%,操作特性曲线面积为0.927;③结果表明,随机森林模型在有无眩晕及眩晕等级的脑电特征分类问题上具有较高的准确率。该方法为眩晕症状的分类检测提供了一种可行性的补充方案,为眩晕症的诊断提供了一个新的思路。

小波分析用于磁场刺激诱发肌电信号的实时检测

肌电信号是在皮肤表面记录下来的神经和肌肉的系统活动时的生物电信号 ,有很好的临床价值。文章着重介绍应用小波分析中的奇异点探测理论 ,对磁场刺激下的诱发肌电信号进行分析 ,实时地提取磁场刺激的诱发肌电信号特征。验证了小波分析理论在分析非平稳的随机信号的优越性 ,是信号分析的又一有力工具。

经颅磁刺激诱发脑电位的小波分析

使用小波变换研究经颅磁刺激诱发的大脑皮层内电位的时频特性。结果表明,其诱发电位在时域内具有不同的波形、周期和潜伏期,具有兴奋性反应和抑制性反应。反应电位的连续小波变换谱由亮暗相间的“锥形”能量区组成,小波变换谱的高频区提供了能量的快速时变过程特性,低频区提供了能量的频率特性。本研究揭示了经颅磁场刺激诱发的在大脑皮层内的神经反应电位在时—频域的基本模式,对于脑科学的机理研究和临床应用均有重要意义。

基于脑-机接口的机械手实时运动控制系统研究

基于脑-机接口技术实现了一种机械手实时运动控制系统,该系统将稳态视觉诱发电位作为脑-机接口的输入信号,实现了脑电信号对机械手上升、下降、左转、右转、夹紧及松开6种动作的实时控制。系统利用6个LED发光二极管组成视觉刺激器,通过小波变换去除脑电背景噪声,并利用短时傅里叶变换进行诱发电位的频谱分析,将其转换为外部机械手的控制命令。实验结果表明,该系统能有效地控制机械手的实时运动。系统的实现为延伸和提高人类对外部设备的控制能力提供了一种新的途径。

改进的子波过零电子耳蜗语音编码策略

提出改进的倍频程小波过零刺激方案(WZCS),以改善电子耳蜗语音编码策略的性能.在语音信号倍频程小波变换域的过零点通过幅度调制合成刺激脉冲,并基于Matlab对该算法和连续间隔采样(CIS)、通道专用采样序列(CSSS)、频率幅度联合调制编码(FAME)等编码策略进行仿真,将合成信号与原始语音、合成信号频谱与原始语音频谱进行了相关性分析.仿真结果表明,WZCS算法合成信号的频谱与原始语音信号的频谱相关系数最大,WZCS算法合成信号频谱与原始语音最为相关,且相关显著,即与其他算法相比其保留了原始语音信号的更多频率和相位成分.

事件相关脑电位系统研究

使用Microsoft Visual C++6.0为开发工具,并结合已有的脑电采集器,设计实现了一种集诱发、采集和处理于一体的事件相关脑电位(event-related potential,ERP)系统。该系统的主要功能包括提供视觉刺激,实时采集和显示脑电信号,对信号进行预处理和小波多分辨分析,同时系统还解决了传统方法中关于刺激和采集不同步的问题。在刺激模式中,系统提供了两种刺激序列。一种是经典的Odd Ball模式,另一种是等概率模式。最后在实际应用中,通过利用Odd Ball模式对受试者进行视觉刺激,并对采集到的脑电信号经过预处理和小波多分辨分析,最终提取了ERP的P300成分,证明了系统在ERP研究中的可行性和有效性。

小波分析在电流前庭刺激对人体静态平衡研究中的应用

目的将小波分析运用于电流前庭刺激对人体静态平衡影响的研究中,探究电流前庭刺激(GVS)对姿态摆动不同信号成分的影响。方法对18名受试者在有无GVS两种状态下的压力中心(COP)摆动信号进行小波分解,并分析功率谱密度。用功率谱密度的差异来评价GVS对COP摆动不同信号成分的影响。结果COP摆动小波分解信号的Trembling(Tr)成分表现出间歇性变化的特点,而Rambling(Rm)信号的时域特征不明显。人体姿态抖动Rambling(Rm)信号的功率谱密度值没有表现出显著性差异(P>0.05),Trembling(Tr)信号的功率谱密度值表现出了显著性差异(P<0.01)。分析得到GVS对人体平衡姿态摆动中的Tr信号部分有改善作用,对Rm信号部分改善并不明显;对M/L方向的改善大于A/P方向;对髋关节稳定性的改善作用要优于踝关节。结论小波分解和功率谱密度分析是一种有效分析姿态摆动信号不同成分及其对应作用的方法。

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率（8-13Hz）闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加。采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨。结果表明：周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加。通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值。

帕金森病丘脑底核场电位信号特征检测

目的动态检测与帕金森病治疗相关的丘脑底核场电位信号特征。方法基于小波包变换,对帕金森病患者丘脑底核局部场电位信号的同步化和模式特征进行分析,建立动态阈值判别模型,对丘脑底核功能状态进行判定。利用仿真实验优化检测方法参数,使用优化后的检测方法对服药前后患者丘脑底核场电位beta频段进行检测。结果帕金森病患者丘脑底核场电位信号beta频段中具有幅度高、随机程度低、规则程度高的特征模式。患者服药前后的比较结果表明药物对场电位信号的动态特性具有显著影响,且特征模式信号被检测出的总时间、次数、每次持续时间以及幅度等特征在患者服药后显著性降低。结论本文提出的方法可以动态检测出帕金森病患者特征模式信号,并量化患者脑功能状态。提供了一种可以作为实现自适应闭环深部脑刺激反馈判定依据的方法。

严重意识障碍患者对音乐和嗜好刺激的EEG研究

研究严重意识障碍患者对音乐和嗜好刺激的响应机制,比较哪种刺激的脑电信号响应程度更高。研究采集严重意识障碍患者样本12例,应用小波变换方法计算患者在音乐和嗜好刺激前后的脑电信号小波能量值变化量并进行统计分析,比较两种不同刺激间的脑电响应。结果表明,嗜好刺激对于严重意识障碍患者的响应程度显著大于音乐刺激,为临床对意识障碍患者实施嗜好刺激的合理性提供了实验依据。