基于交叉频率耦合的异常脑电信号分析

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1、国家自然科学基金青年项目（批准号：６１４０１３１２）国家自然科学基金青年项目（批准号：６１６０１３３１）基于交叉频率耦合的异常脑电信号分析ＡｎａｌｓｉｓｏｆＡｂｎｏｒｍａｌＥＥＧＳｉｎａｌｓＢａｓｅｄｙｇｏｎＣｒｏｓｓＦｒｅｕｅｎｃＣｏｕｌｉｎＭｅｔｈｏｄｑｙｐｇ学科专业：控制科学与工程研宄生：刘阳指导教师：王江教授天津大学电气与自动化工程学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人

2、已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大牵或萁他教宵机构的学位或证书而伸丨彳１过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名丨１：签字曰期：年月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天漆大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论

3、文作者签名：：导师签名＂１签字Ｈ期：〇０ＩＶ月１Ｆ：＞年Ｉ签字円期＞年ＩＶ月ｉ日）摘要，进而诱发大脑功能异常神经精神疾病会引起脑电的异常活动，如癫痫病、阿尔兹海默症等，这些疾病通常难以检测、诊断和治疗，给患者乃至社会带来了一繁重的压力。因此，异常脑电信号的分析成为神经科学的重要研宄方向之。大脑不同节律的耦合状态被证明与大脑的认知、记忆等活动密切相关，交叉频率耦合分析从脑电信号不同节律之间相互作用的角度刻画其特征，具有明显的优点。本文提出利用交叉频率相幅和多尺度相位耦合对异常脑电数据进行分析，刻画反映大脑不同状态下的脑

4、电特征。（１）对波恩大学的颅内脑电数据和麻省理工学院的头皮脑电数据采用相幅耦合的调制指数方法进行了特征提取，发现健康对照组、癫痫发作间期和癫痫发作期的相幅耦合程度依次增强，被调制幅值的频率依次升高；调制指数数值在癫痫发作间期和癫痫发作期中间存在明显的上升趋势，在癫痫发作期的中后段显著下降，可以考虑作为预测癫痫发作起始和结束的参考。（２）通过支持向量机对两类数据的特征进行分类实验，在健康对照组同癫痫发作期的分类实验中，分类准确率达到１００％；对癫痫发作期和癫痫发作间期９７６７９７５０颅内脑电数据和头皮脑电数据进行分类时，分别得到

5、了．％和．％的分类准确率。上述分类性能持平（１００％）或优于已有的分类方法。（３）利用调制指数方法对阿尔兹海默症（ＡＤ）患者和健康对照组脑电数据进行了分析，发现ＡＤ患者的调制指数在全脑区域低于正常人，其中枕区和右颞ＡＤ患者的脑电中ｄｅｔ－ｔ叶区差异显著；在正常人和，ｌａｂｅａ频带的调制指数明显高于其他频带。（４）采用多尺度相位耦合分析了癫痫和ＡＤ的全脑多导联数据。发现当脑电信号从癫痫发作间期进入发作期时，ｄｅｌｔａ频带内各导联的耦合程度提高，其他３个频带的耦合程度降低；ＡＤ的发病会导致全脑多数导联在各频带间的耦合降低，功

6、能性连接消失，且频带内部耦合与频带间耦合的强度不是同步改变的。（５）设计了基于ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ平台的多通道脑电信号特征分析与评估系统、预处理、多种方法的综合分析等模块。该系统包含脑电数据导入，系统界面友好，为临床医学诊断提供了辅助量化手段。：关键词交叉频率耦合，调制指数，异常脑电，特征提取，分析与评估系统ＩＡＢＳＴＲＡＣＴＮｅｕｒｏｐｓｙｃｈｉａｔｒｉｃｄｉｓｏｒｄｅｒｓｃｏｕｌｄｃａｕｓｅａｂｎｏｒｍａｌｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ（ＥＥＧ）Ａ＇ａｃｔｉｖｉｔｙｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｅａｄ

7、ｔｏａｂｎｏｒｍａｌｂｒａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｅｉｌｅｓａｎｄｌｚｈｅｉｍｅｒｓ，，ｐｐｙｄｉｓｅａｓｅＡＤ．Ｔｈｅｓｅｄｉｓｅａｓｅｓａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｄｅｔｅｃｔｄｉａｎｏｓｅａｎｄｔｒｅａｔｏｓｉｎｈｅａｖ（），ｇ，ｐｇｙｂｕｒｄｅｎｔｏａｔｉｅｎｔｓａｎｄｓｏｃｉｅｔ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅａｎａｌｓｉｓｏｆａｂｎｏｒｍａｌＥＥＧｈａｓｂｅｃｏｍｅｐｙ，ｙｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｎｅｕｒ

8、ｏｓｃｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｓｔａｔ