视觉信息处理过程中脑电信号的非线性动力学研究

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1、X773404视觉信息处理过程中脑电信号的非线性动力学研究生物医学工程专业研究生童珊指导教师黄华脑电图(Electroencephalograms，EEG)记录了人体大脑中神经元的电活动，具有反映大脑不同生理病理状态的能力。非线性动力学(NonlinearDynamics．ND)在EEG分析中的应用在近期内逐步发展起来，并且获得了一定的成果。根据ND的理论，EEG是由大脑产生的非线性时间序列，体现出复杂行为。非线性参数，比如说：关联维(CorrelationDimension，D2)、近似熵(ApproximateE

2、ntropy,却砌)、最大李雅普诺夫指数(LargestLyapunovExponent，Lt)等，刻画了非线性系统的复杂度。总的来说，这些非线性动力学的研究可以分为两类：生理学研究和病理学研究。前者一般集中于对不同意识及精神状态进行评估(比如不同睡眠阶段的区分、麻醉程度的判别等)，后者则集中于对不同神经及精神科疾病进行研究(比如癫痫、脑损伤和老年痴呆等)。图像的辨别与分类是人们的日常行为，其潜在的视觉信息处理机制己逐步引起学者们的注意。部分研究己经开展起来，以研究人们在进行图像的辨别与分类时，其EEG的动力学行为。

3、采用独立变量分析(IndependentComponentAnalysis，ICA)分析的结果表明：独立变量参数可以体现出颅内神经的同步性；一种改进的事件相关电位(ImprovedEventRelatedPotentials，ERP)的分析方法对类似EEG进行了研究，其结果表明：在进行目标识别的过程中(或过程后)，人脑局部区域内与事件相关的电活动的改变可对大脑皮层不同区域间的通信强度进行调节。本研究采用非线性动力学的方法检测了受试者在进行视觉信息处理(图像的辨别与分类)的过程中EEG复杂度的变化情况、计算了受试者EE

4、O维的复杂度(DimensionalComplexity,DCx)值、构造了一个相似度指数(SimilarityIndex)阻精确检测EEG的动力学改变情况、绘制了基于复杂度值的脑地形图，以将受试者大脑EEG的动力学改变情况视觉化。我们发现，在受试者进行视觉信息处理的过程中，大脑皮层的大部分地区出现了明显的复杂度降低。这种复杂度的降低可能是由视觉信息处理所引起的大脑皮层的神经元同步造成。我们的结果有助于理解在视觉信息处理过程中人类大脑EEG的非线性行为。关键词：非线性动力学混沌脑电图复杂性分析视觉信息处理Nonlin

5、earDynamicsAnalysisofEEGinVisualProcessingMajor：BiomedicalEngineeringGraduate：TongShahAdvisor：HuangHuaElectroencephalograms(EEGs)recordelectricalactivitiesthathavepotentialtoreflectdifferentstatesofthehumanbrain．TheapplicationoftheDynamics(ND)intheEEGanalysisha

6、srecentlydevelopedandachievedsomesuccesses．AccordingtotheNDtheory,EEGsarenonlineartimeseriesproducedbythebrainandexhibitcomplexbehavior．Nonlinearparameters，suchastheCorrelationDimension∞?)，theApproximateEntropy(ApEn)，theLargestLyapunovExponent(￡』)，etc．，characte

7、rizethecomplexityofNDsystems．MostoftheseNDstudiescanbedividedintotwocategories：physiologicalstudiesandpathologicalstudies．Generally,theformerconcentratesontheevaluationofconsciousandmentalstates(i．e．classificationofdifferentsleepstages，effectsofanesthetics，etc．

8、)andthelatterfixesattentionontheresearchofneuralandpsychoticillness(i．e．epilepsy,braininjury,Alzheimer’Sdisease，etc．)．Imagerecognitionandcategorizationaredailytasksfortheord