α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

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1、α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究：张羽　钱志余　李韪韬，张建华【摘要】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

2、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。【关键词】脑电;光刺激;脑电地形图;小波分析;功率谱估计　　Abstract：TodiscussulationcaninducetheaugmentofcorrespondingfrequencyEEGsinoccipitallocationofthebrain.Fifteenhealthyvolunteers′EEGsulationrespectively.Brainelectricalactivitymapping(BEAM)、ationulationcontrasttosilencesta

3、tus.Normalizeddataulation,male-female,tentsofelectrodes,andthedifferencesbeteelementarystepsentalstatus.ResultsshoulationdidinduceobviousaugmentofαEEGsinoccipitallobe.);allat提出了多分辨分析的概念,并给出了小波分解与重构的快速算法，即Mallat算法。根据小波分解公式对信号进行分解，提取其中的有效系数，将不需要的系数成分置零，从而提取节律，再通过其逆运算，恢复提取出的信号。我

4、们利用sym7小波对滤波后的信号进行8层分解，可以很清楚地得到脑电的四种脑电节律：δ波、θ波、α波、β波的主成分，从而进行信号特征的提取，分解后的各频率成分分布见表1。表1分解后各频率成分分布表　　δ波主要集中在Cd8、Cd7，θ波主要集中在Cd5，α波主要集中在Cd4，而β波主要集中在Cd3,其中α波是论文重点研究的对象。　　3实验结果　　我们利用α频率可见光对受试者进行周期性闪光刺激，实时记录平静和刺激状态下的脑电信号，运用频谱分析和脑电图的方法对两种状态进行对比。实验结果表明，脑电在光刺激时右枕区(O2电极)的脑电发生了明显的变化。对同一受

5、试者，在平静和闪光刺激时的脑电地形图对比显示，α频率光刺激时右枕区(O2电极)α脑波的能量较平静状态时明显增加，地形图上的反应颜色明显加深，见图3。　　Fig4parisonofαEEGbetulation对其实验数据作最后的处理。编写程序对14名受试者的实验数据进行功率谱分析，分别得到四种基本脑电〔δ(0.5～3Hz)、θ(4～7Hz)、α(8～13Hz)、β(14～30Hz)〕[13]的能量。4种基本脑电的能量在光刺激时与平静状态时相比，变化的幅度很大，因而论文利用归一化的方法，将平静时任一种脑电的能量视为“1”，分别计算出刺激时各种脑电相对

6、于平静状态的能量大小和标准偏差并作图。表2是右枕区(O2电极)在平静和闪光刺激时，四种基本脑电信号的归一化能量和标准偏差。图5是14名受试者在平静、光刺激状态时四种基本脑电(δ、θ、α、β)的归一化能量变化规律。图6为男、女受试者在光刺激状态时四种基本脑电归一化能量的对比。图7是所有受试者在平静和光刺激状态时左、右枕区(O1、O2)α脑电归一化能量的对比。表2平静、闪光时O2处脑电归一化能量和标准偏差　　男、女受试群体在光刺激时四种基本脑电归一化能量的变化也表现出了明显的差异。本实验比较感兴趣的α脑电，女生群体在光刺激状态时归一化能量远大于男生群

7、体。大脑的很多功能都和α波的的振荡、变化有关，比如感觉记忆、知觉、注意力、认知任务等[17]。Adile在研究脑电时提出，对于同一个实验即使是一个很简单的外部刺激，参与者性别、年龄、认知能力以及在实验过程中的感觉、注意力等方面的差别都会造成α波变化的差异[18]，而且这种主观因素的影响不能消除。由于客观条件的限制和一些外部不可控的因素，如眼动、放大器的干扰，以及个体对外部刺激敏感性的不同，本实验中样本之间的差异同样存在，我们采用归一化能量的比较来尽量减小单个样本的影响，从整体上对两种状态下的变化作出了分析，并得到了初步的结论。　　对于受试者在α频

8、率闪光刺激时脑电信号的变化，是否能说明受试者的精神状态发生了改变，我们尚不可知。在脑电相关研究中，至今仍然没有一个明确的概念从脑电信号的