[發明專利]一種面向靜息態腦電信號的腦功能連接分析方法

在審

• 申請號: 201711324228.6
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108143410A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 禹東川;賈會賓
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476;A61B5/16;G06K9/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張慧清

本發明公開了一種面向靜息態腦電信號的腦功能連接分析方法。此方法包括如下步驟：S1、獲取靜息態腦電數據；S2、預處理所述靜息態腦電數據；S3、對預處理的所述靜息態腦電數據進行微狀態分析；S4、確定每個時間點的微狀態類別；S5、分別在每個微狀態類別持續時間范圍內計算功能連接。上述方法克服了現有靜息態腦電信號的腦功能連接分析技術的局限性。

技術領域

本發明涉及一種面向靜息態腦電信號的腦功能連接分析方法。

背景技術

人腦在睜眼或閉眼的休息狀態（即靜息態）時，并沒有停止運轉。靜息態下不僅大腦某些腦區（如靜默網絡相關腦區）會處于激活狀態，各個腦區間還會存在功能上的聯系或信息交流（即功能連接）。了解大腦在靜息態下的功能連接對我們了解人腦的工作機制至關重要。前人的研究發現，認知過程、人格因素、年齡、性別、腦病等因素均會影響人腦在靜息態下的功能連接。要了解大腦在靜息態下的功能連接必須借助一定的腦成像技術（例如EEG、MEG、fNIRS和fMRI等）采集人腦的神經活動，然后計算腦區間兩兩的功能連接。基于靜息態腦電（EEG）的功能連接具有如下幾個優點：（1）可以以很高的時間分辨率（ms級）研究大腦在靜息態下功能連接的動態變化；（2）操作較為簡易，適合任何人群；（3）可以研究人腦的高頻段的功能連接；（4）費用相對較低。但是目前國際上主流的基于靜息態腦電的功能連接均沒有有效應用腦電信號的高時間分辨率。

與此同時，研究者對健康人類靜息態腦電地形圖時間序列進行模式識別，發現腦電地形圖可以分為4個經典模式，即腦電微狀態（EEG microstates）。這些腦電微狀態通常持續80~120 ms左右。在此期間，腦電地形圖保持相對穩定的狀態，但是強度會變化、極性會反轉。之后，腦電微狀態轉換至另一個微狀態。這4個腦電微狀態每個可以解釋一個大尺度的大腦靜息態網絡。每一個微狀態均可以表征一個分布式神經網絡中平行信息加工系統，因此腦電微狀態被稱為“思維的原子”，并且與大腦信息加工的時間復雜性密切相關。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種面向靜息態腦電信號的腦功能連接分析方法，試圖借助靜息態腦電微狀態分類方法克服傳統靜息態腦電功能連接分析方法的不足。

本發明提供的一種面向靜息態腦電信號的腦功能連接分析方法，包括如下步驟：

S1、獲取靜息態腦電數據；

S2、預處理所述靜息態腦電數據；

S3、對預處理的所述靜息態腦電數據進行微狀態分析；

S4、確定每個時間點的微狀態類別；

S5、分別在每個微狀態類別持續時間范圍內計算功能連接。

所述步驟S1的靜息態腦電數據是指實驗人員睜眼或閉眼休息狀態下采集的腦電數據。

所述步驟S2預處理所述靜息態腦電數據一般涉及如下步驟：重參考、濾波、壞電極插值替換、大飄移時間段移除、生理或非生理偽跡矯正、分段以及壞段移除等操作。

所述步驟S3對預處理的所述靜息態腦電數據進行微狀態分析一般涉及如下步驟：全腦平均參考、帶通濾波2~20 Hz、單被試微狀態類別識別、組平均水平的微狀態類別識別等。

所述步驟S4確定每個時間點的微狀態類別涉及計算每個時間點的靜息態腦電地形圖與經典的四類微狀態地形圖的空間相關系數，并據此確定每個時間點的微狀態類別

由上可以看出，本發明通過借助靜息態腦電微狀態分類方法實現了分別在每個靜息態腦功能網絡持續時間范圍內分別進行功能連接分析，充分利用了腦電信號的高時間分辨率，克服了傳統靜息態腦電功能連接分析方法的不足。該技術與現有技術相比具有如下優點：