[發明專利]一種基于耦合神經元群的腦電活動模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202210084485.1
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114521904B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 羅潔;陸奕伶
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61B5/37
• 分類號: A61B5/37;A61B5/372;A61B5/388;A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于耦合神經元群的腦電活動模擬方法，其特征在于，包括下述步驟：

腦電信號預處理，包括：信號的片段截取、偽跡去除和調整數據的采樣率；

計算各個通道信號間的皮爾遜相關系數，表示各個通道信號間的同步連接程度，將計算得到的皮爾遜相關系數組成矩陣；

構建耦合神經元群模型，包括線性模塊和非線性模塊，所述線性模塊用于將傳入的神經元子集群平均動作電位放電率轉換為突觸后平均膜電位，所述非線性模塊用于將神經元子集群的平均膜電位變換為平均動作電位放電率，通過不同參數的興奮性、慢速抑制性及快速抑制性中間神經元子集群相互連接組成神經元群模型；

構建耦合神經元群模型時，將相鄰的三個電極通道視作一個神經元群，模擬部分大腦部位壞死，具體步驟包括：若某個神經元群對應的三個電極通道中至少有兩個電極通道劃定在壞死區域內，則去除該神經元群，將神經元群之間的連接強度變為0；若某個神經元群對應的三個電極通道中最多有一個電極通道劃定在壞死區域內，則保留該神經元群；

所述耦合神經元群模型具體表示為：

其中，變量y₁～y₅、y₁₁分別代表不同神經元子集群的突觸電位，變量y₆～y₁₀、y₁₂，分別為y₁～y₅、y₁₁的導數，i、j表示第i、j個神經元群，k表示神經元群總數，p(t)為模型的外部輸入，變量代表模型的輸出，表示突觸后電位，EXC代表興奮性突觸增益，W_ij表示神經元群之間的連接強度，SDI表示慢抑制性突觸增益，FSI表示快抑制性突觸增益，a表示反饋興奮回路時間常數，b表示慢反饋抑制回路時間常數，g表示快反饋抑制回路中的時間常數，a_d表示連接相關時間常數，C₁，C₂均表示興奮回路中突觸平均數，C₃，C₄表示慢反饋抑制回路中突觸平均數，C₅，C₆表示快反饋抑制回路中突觸平均數，C₇表示慢、快抑制性中間神經元間的突觸平均數；

通過移除不同的神經元群模擬大腦不同區域壞死的結果，通過對比剩余神經元群輸出的腦電信號及各通道的高頻能量值變化，判斷大腦不同區域壞死對高頻腦電活動的影響程度，從而確定影響高頻腦電活動最大的區域。

2.根據權利要求1所述的基于耦合神經元群的腦電活動模擬方法，其特征在于，所述信號的片段截取，具體截取腦電信號由背景活動逐漸轉為高頻低幅以及高幅震蕩的數據片段。

3.根據權利要求1所述的基于耦合神經元群的腦電活動模擬方法，其特征在于，所述計算各個通道信號間的皮爾遜相關系數，具體步驟包括：

其中，cor_ij表示通道信號間的皮爾遜相關系數，i和j表示不同的信號，σ_i表示信號i的信號方差，σ_j表示信號j的信號方差，μ_i表示信號i的信號均值，μ_j表示信號j的信號均值；

將所有通道信號進行兩兩組合的計算，得到由皮爾遜相關系數組成矩陣，其中矩陣元素值表示通道之間的相關性。

4.根據權利要求1所述的基于耦合神經元群的腦電活動模擬方法，其特征在于，神經元群之間的連接強度采用下式表示：

其中，W_ij表示神經元群之間的連接強度，cor_ij表示第i個腦電通道與第j個腦電通道之間的相關系數。