不同情绪错误记忆的脑电微状态功能网络分析

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作者 李宜轩 李颖 +3 位作者 肖倩 王灵月 尹宁 杨硕 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第1期49-61,共13页

研究情绪对错误记忆的影响,有助于探究大脑的记忆加工机制.采集不同情绪状态下错误记忆脑电信号,由微状态分析得到各情绪组模板图(微状态1~5),根据微状态拟合结果划分各情绪组记忆再认4个阶段(早期加工、熟悉性加工、情节性回想加工和... 研究情绪对错误记忆的影响,有助于探究大脑的记忆加工机制.采集不同情绪状态下错误记忆脑电信号,由微状态分析得到各情绪组模板图(微状态1~5),根据微状态拟合结果划分各情绪组记忆再认4个阶段(早期加工、熟悉性加工、情节性回想加工和后提取加工)的时间段,在时间覆盖率有显著差异的微状态内构建相位锁值脑功能网络.从时间、空间2个角度分析脑电信号,结果表明各情绪组的大脑加工模式从情节回想加工阶段出现不同.积极组在前额区活跃的微状态3、5中持续停留且脑功能性强;消极组在微状态1中持续停留且脑功能性差;中性组在中央区活跃的微状态3、4中持续停留.积极组的时间和脑力资源多用于情节联想和推理,消极组的大脑处于低迷状态的时间长,中性组的时间和脑力资源多用于信息整合. 展开更多

关键词 脑电图(EEG) 情绪 错误记忆 微状态 脑功能网络

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时间反演聚焦经颅磁声电刺激仿真与实验研究

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作者 张帅 黄明辉 +3 位作者 焦立鹏 郭梁 周振宇 徐桂芝 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第3期391-399,共9页

无创脑神经调控技术是生物医学领域的研究热点,经颅磁声电刺激是利用静磁场和声场的耦合而产生的感应电场作用于神经组织,对大脑的目标位置进行刺激和调控的一项技术。颅骨的存在使超声在传播过程中发生相位畸变和幅值衰减,聚焦区域偏离... 无创脑神经调控技术是生物医学领域的研究热点,经颅磁声电刺激是利用静磁场和声场的耦合而产生的感应电场作用于神经组织,对大脑的目标位置进行刺激和调控的一项技术。颅骨的存在使超声在传播过程中发生相位畸变和幅值衰减,聚焦区域偏离,难以实现精准聚焦。该文基于时间反演法,模拟颅内点声源发射脉冲以及超声传播过程,计算各个阵元接收到的时间差,按照后到先发的原则发射脉冲进行聚焦刺激。与传统相控阵聚焦相比,焦点偏移现象基本得到解决,焦域横向、纵向分辨率均有所提高,提高了声束聚焦精度和感应电场峰值。通过搭建实验平台,将两种聚焦方法所测得的声场归一化处理,验证了时间反演法能补偿焦点偏移,并通过实验证实了超声换能器声场和产生感应电场分布存在较高的一致性。基于真实颅脑结构的虚拟点源时间反演聚焦可以实现无创、精准、灵活的经颅磁声电刺激,有助于推动精准神经调控技术的发展。 展开更多

关键词 经颅磁声电刺激 时间反演 精准聚焦 超声换能器

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经颅磁刺激对老年大鼠工作记忆相关跨脑区网络协同作用的影响

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作者 郭苗苗 翟昊迪 +2 位作者 吉利辉 王田 徐桂芝 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1468-1478,共11页

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,... 经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,从记忆相关脑区间协同作用的角度探究不同模式的TMS对大脑认知功能的调控机制。首先对老年威斯塔大鼠分别实施重复经颅磁刺激(rTMS)及间歇性θ节律刺激(iTBS),并设置空白对照组,通过在体多通道微电极阵列采集大鼠工作记忆任务中的局部场电位信号(LFPs);之后基于定向传递函数构建LFPs脑因果网络;最后通过对比行为学结果差异、各脑区因果网络参数等,探索不同模式TMS对老年大鼠工作记忆行为学及脑区之间信息协同作用的影响规律。结果表明,rTMS组和iTBS组大鼠执行正确工作记忆任务的平均天数减少,平均正确率高于空白对照组。经过刺激后,rTMS组和iTBS组前额叶和海马双向网络连接明显增强,信息流强度和因果流向性得到显著提升(P<0.05)。因此,rTMS和iTBS模式均能促进老年大鼠海马和前额叶脑区间的信息交流,从而使老年大鼠的工作记忆能力得到改善。 展开更多

关键词 重复经颅磁刺激 间歇性θ节律刺激 工作记忆 脑因果网络

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经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆局部场电位gamma节律的影响 被引量：5

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作者 张帅 党君武 +3 位作者 焦立鹏 武健康 王艺潇 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期540-549,共10页

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型无创的神经调控技术,利用超声与静磁场相互耦合产生感应电场,调节相应脑区的神经节律振荡活动,从而影响大脑学习、记忆等认知功能。为探究经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆(WM)行为学实验中gamma节律神经... 经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型无创的神经调控技术,利用超声与静磁场相互耦合产生感应电场,调节相应脑区的神经节律振荡活动,从而影响大脑学习、记忆等认知功能。为探究经颅磁声电刺激对大鼠工作记忆(WM)行为学实验中gamma节律神经振荡活动的影响,将20只健康成年Wistar大鼠随机分为对照组和刺激组,刺激组大鼠接受0.05~0.15 T、1.33~13.33 W/cm^(2)的经颅磁声电刺激,持续10 d,对照组不接受刺激;采集T型迷宫工作记忆任务中大鼠前额叶皮层(PFC)的局部场电位信号(LFPs),对比分析两组间的行为学差异、LFPs的时频分布和互信息相关性。结果显示,刺激组大鼠执行工作记忆任务达到正确率80%以上所需时间为(7.57±0.99)d,明显少于对照组(10.65±2.32)d(P<0.05);在经过选择点位置前后,2.66~13.33 W/cm^(2)组、0.10~0.15 T组大鼠LFPs信号gamma频段的能量密度明显高于对照组的相应值(P<0.05),6.65~13.33 W/cm^(2)组、0.10~0.15 T组大鼠gamma频段12通道信号间的相关性明显强于对照组的相应值(P<0.05)。研究结果表明,经颅磁声电刺激能够增强大鼠工作记忆中前额叶皮层神经元集群gamma节律振荡活动,为进一步探索经颅磁声电刺激调节大脑记忆功能的作用机制奠定基础。 展开更多

关键词 经颅磁声电刺激 工作记忆 局部场电位 gamma节律

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精神疲劳对工作记忆α振荡信息整合的影响 被引量：3

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作者 杨硕 彭森 +2 位作者 王磊 王增鑫 时佰雪 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期461-468,共8页

精神疲劳是一定时间内人们进行持续精神注意力的认知活动所体验到的一种生理、心理上的不适。认知活动依赖于大脑多个区域间的信息交流,相位同步作为大脑区域之间信息整合的重要机制,搭起大脑各区域间协同通信的桥梁。α振荡是神经元加... 精神疲劳是一定时间内人们进行持续精神注意力的认知活动所体验到的一种生理、心理上的不适。认知活动依赖于大脑多个区域间的信息交流,相位同步作为大脑区域之间信息整合的重要机制,搭起大脑各区域间协同通信的桥梁。α振荡是神经元加工功能抑制的一种主动机制,而主动抑制在工作记忆的注意力分配中起着中心作用。利用自适应N-back实验诱发精神疲劳。采用改进型Sternberg范式作为工作记忆实验,记录精神疲劳前后工作记忆的脑电信号。采用相位同步分析和功率谱分析方法,对精神疲劳前后α振荡工作记忆编码期、保持期和提取期的脑电数据进行分析,研究精神疲劳对大脑信息整合的影响。结果发现,精神疲劳后,整个工作记忆过程中脑区间的相位同步性显著增大,功率谱值有显著差异。其中,精神疲劳后的3个时期均出现额叶区域间和额枕区域间相位同步性的显著增加,编码期额叶区域间锁相值具有显著性增大的节点对有160个;保持期额叶区域间有222个,额叶、枕顶叶区域之间有65个;提取期额叶区域间有196个,额叶、枕顶叶区域之间有11个。编码期枕顶区出现显著的α振荡事件相关去同步(ERD)(PO8,P=0.048;Oz,P=0.036),额叶区出现α振荡事件相关同步(ERS)的趋势。保持期额叶出现显著的α振荡ERS(Fz,P=0.022),枕顶区有ERS的趋势。提取期额区(Fz,P=0.033)出现α振荡ERS,枕区(Oz,P=0.045)出现α振荡ERD。研究表明,精神疲劳会降低大脑脑区间的信息整合能力,降低大脑内的信息交流,α振荡的相位同步分析对解释精神疲劳对脑区间信息整合的机制有一定的帮助。 展开更多

关键词 精神疲劳 α振荡 工作记忆 相位同步分析 功率谱分析

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改进的稀疏网格配点法对EIT电导率分布的不确定性量化 被引量：1

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作者 李颖 王冠雄 +2 位作者 闫伟 赵营鸽 马重蕾 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期613-621,共9页

针对电阻抗成像(EIT)研究中电导率分布的不确定性问题,提出基于灵敏度分析的改进稀疏网格配点法以量化不确定性.以4层同心圆头模型为算例,采用基于方差的全局灵敏度分析法对其进行分析,发现各层电导率的变化对输出电位的影响程度各不相... 针对电阻抗成像(EIT)研究中电导率分布的不确定性问题,提出基于灵敏度分析的改进稀疏网格配点法以量化不确定性.以4层同心圆头模型为算例,采用基于方差的全局灵敏度分析法对其进行分析,发现各层电导率的变化对输出电位的影响程度各不相同.考虑模型中各维输入变量对输出结果不同程度的影响,改进传统稀疏网格配点法.改进方法对各维输入变量配置不同的精度水平,将EIT模型的隐式表达式转化为显式表达式,构造出高精度的替代模型.与蒙特卡洛(MC)法、混沌多项式展开(PCE)法和传统稀疏网格配点法相比,改进方法能够以更少的计算成本获得较高精度的量化结果.仿真结果验证了所提改进方法的高效性. 展开更多

关键词 电阻抗成像(EIT) 不确定性量化 蒙特卡洛(MC)法 混沌多项式展开(PCE)法 灵敏度分析法 稀疏网格配点法

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经颅磁声电刺激下大鼠工作记忆中前额叶皮层因果连接网络特性分析 被引量：1

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作者 张帅 杜文静 +3 位作者 党君武 由胜男 徐亦豪 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期10-18,共9页

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型非侵入式的脑神经调控技术,利用静磁场和超声波耦合在脑组织中产生刺激电流以调节特定脑区的神经放电活动。本研究旨在从神经节律振荡与信息传递的角度,探究经颅磁声电刺激对大脑工作记忆功能的影响。... 经颅磁声电刺激(TMAES)是一种新型非侵入式的脑神经调控技术,利用静磁场和超声波耦合在脑组织中产生刺激电流以调节特定脑区的神经放电活动。本研究旨在从神经节律振荡与信息传递的角度,探究经颅磁声电刺激对大脑工作记忆功能的影响。将24只斯普拉格·道利(SD)大鼠随机分为对照组、超声组和磁声组,磁声组接受0.10 T、7.98 W/cm^(2)的刺激,超声组接受相同强度的超声刺激,对照组不接受刺激;采集T迷宫工作记忆实验中大鼠前额叶皮层的局部场电位(LFPs)信号,对比不同组别θ(4~8 Hz)和γ(30~80 Hz)频段LFPs信号的时频分布,并基于图论进一步分析前额叶皮层的因果连接网络特性。结果显示,磁声组大鼠在行为选择过程中θ和γ频段LFPs信号的能量值大于超声组与对照组(P<0.05);磁声组信号间平均因果连接强度高于超声组和对照组(P<0.05);磁声组大鼠工作记忆任务中θ频段因果连接网络的全局效率(E_(glob))和聚类系数(C)比超声组和对照组显著升高(磁声组:E_(glob)=0.134±0.033,C=0.837±0.071;超声组:E_(glob)=0.099±0.032,C=0.713±0.111;对照组:E_(glob)=0.068±0.022,C=0.554±0.118,P<0.05);磁声组γ频段因果连接网络的全局效率、聚类系数比超声组和对照组显著升高(磁声组:E_(glob)=0.116±0.031,C=0.789±0.106;超声组:E_(glob)=0.087±0.018,C=0.641±0.135;对照组:E_(glob)=0.066±0.012,C=0.480±0.091,P<0.05)。研究表明,TMAES增强了θ和γ节律神经放电活动,促进大鼠行为选择期间神经元集群之间的信息交互,提高工作记忆相关信息的传递效率,为进一步揭示经颅磁声电刺激调控大脑记忆功能的深层作用机制提供支持。 展开更多

关键词 经颅磁声电刺激 工作记忆 局部场电位 神经节律 因果网络连接特征

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经颅磁声电刺激下大鼠局部场电位gamma节律的互信息分析

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作者 张帅 焦立鹏 +2 位作者 黄明辉 高昕宇 徐桂芝 《现代电子技术》 2022年第7期129-136,共8页

经颅磁声电刺激(TMAES)是一种非侵入式的无创神经调控技术,该技术利用脉冲超声和静磁场共同作用于神经组织,通过磁声电效应产生感应电流,进而调节神经组织的活动节律;与其他非侵入式神经调节技术相比,TMAES具有更高的空间分辨率和良好... 经颅磁声电刺激(TMAES)是一种非侵入式的无创神经调控技术,该技术利用脉冲超声和静磁场共同作用于神经组织,通过磁声电效应产生感应电流,进而调节神经组织的活动节律;与其他非侵入式神经调节技术相比,TMAES具有更高的空间分辨率和良好的聚焦深度。gamma节律是刺激诱发局部场电位的典型节律,该节律在大脑皮层信息处理和认知功能中发挥重要作用。应用时频分析和互信息分析对照组和TMAES组大鼠前额叶皮层局部场电位gamma节律平均功率、互信息值、聚类系数、平均路径长度。结果表明,在一定静磁场强度下,gamma节律的平均功率随着超声功率的增加而增加;在特定时间段内,gamma节律的平均互信息值随着超声功率增加而增大;gamma节律聚类系数随着超声功率增加而增大;gamma节律平均路径长度随着超声功率增加而减小;经颅磁声电刺激可以增强局部场电位gamma节律,调节脑组织的振荡活动。 展开更多

关键词 经颅磁声电刺激 神经调控 时频分析 局部场电位 互信息 gamma节律 聚类系数 平均路径长度

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阳极经颅直流电刺激对脑卒中患者脑功能网络的影响 被引量：5

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作者 刘蒙蒙 徐桂芝 +2 位作者 于洪丽 王春方 孙长城 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期119-123,共5页

经颅直流电刺激(tDCS)在脑卒中治疗中应用潜力巨大,但其作用效应仍不明确。本研究基于脑电图(EEG)和图论分析探讨阳极tDCS干预对脑卒中患者的作用效应。对15例脑卒中患者施加阳极tDCS真刺激和伪刺激,以随机顺序间隔一周进行两次刺激,每... 经颅直流电刺激(tDCS)在脑卒中治疗中应用潜力巨大,但其作用效应仍不明确。本研究基于脑电图(EEG)和图论分析探讨阳极tDCS干预对脑卒中患者的作用效应。对15例脑卒中患者施加阳极tDCS真刺激和伪刺激,以随机顺序间隔一周进行两次刺激,每次采集刺激前和刺激后静息态EEG信号。对每次采集的EEG信号,采用皮尔逊相关系数等分析方法研究各个导联间的关联性特征参数。基于分析结果,构建患者刺激前、后的脑功能网络,并分析网络特征参数的变化。结果显示,真刺激后脑功能网络的平均度、平均聚类系数、全局效率以及“小世界”属性值较刺激前均显著增大(P<0.05),特征路径长度显著减小(P<0.05),而伪刺激组相关参数变化未见显著差异(P>0.05)。结果表明,阳极tDCS干预对卒中后恢复性治疗具有积极影响,为其临床应用提供了实验依据。 展开更多

关键词 经颅直流电刺激 脑卒中 脑电图 皮尔逊相关系数 脑功能网络

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基于FastICA与ICEEMDAN的人脸视频心率检测 被引量：3

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作者 赵明康 王镇 +2 位作者 齐晨成 王艺潇 张帅 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期508-512,共5页

现有的非接触式心率检测方法存在噪声干扰、准确率低等问题。针对这些问题,提出一种基于FastICA与改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)相结合的算法,采用人脸视频进行心率检测。用摄像头采集人脸视频,并从视频中提取R、G、... 现有的非接触式心率检测方法存在噪声干扰、准确率低等问题。针对这些问题,提出一种基于FastICA与改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)相结合的算法,采用人脸视频进行心率检测。用摄像头采集人脸视频,并从视频中提取R、G、B通道源信号,即皮肤颜色变化信号,分别求出RGB这3个颜色通道的像素平均值;然后利用FastICA对RGB这3组像素平均值进行解混,得到3组独立源信号,再用ICEEMDAN将其中一组独立源信号进行模态分解,并选取合适频段内的固有模式函数(IMF)估计心率的信号,最后用频谱分析计算得到心率。设计实验对8名人员进行了人脸视频检测,将检测结果与多参数监护仪进行对比分析。实验结果表明,该方法与多参数监护仪测量结果的平均误差与均方根误差均小于1 beat/min,因此基于FastICA与ICEEMDAN的人脸视频心率检测对人体心率检测具有良好的稳定性和准确性。 展开更多

关键词 人脸视频 非接触心率检测 光电容积脉搏波 快速独立成分分析(FastICA) 改进的自适应噪声完全集合经验模式分解(ICEEMDAN)

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基于神经元集群模型的动态因果模型算法综述 被引量：1

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作者 李双燕 岳宣雅 +1 位作者 王龙龙 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期740-749,共10页

大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(D... 大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(DCM)由于具有生物物理合理性在探索神经网络的有效连接特性中得到了广泛关注。从基本原理、神经元集群模型和应用等方面对DCM进行综述。首先,介绍DCM的基本原理,并以基于卷积和基于电导的两类神经元集群模型为例,对DCM算法的关键组成——神经生物学模型的建模思想、原理及发展进程进行回顾;然后,综述近年来DCM在认知功能和疾病病理等相关神经信号分析领域的应用,指出DCM有望成为探索脑功能整合机制的方法;最后,结合近几年DCM算法的研究进展及其局限性进行总结和展望。 展开更多

关键词 动态因果模型 神经元集群模型 有效连接 神经信号 脑网络

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帕金森病人脑电溯源与脑功能网络特性研究

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作者 王钊雅 姚尧 +3 位作者 尹宁 冯珂珂 徐桂芝 尹绍雅 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期257-265,共9页

帕金森病是老年人群中常发的神经退行性疾病,目前仍然缺乏公认的特异生化诊断指标。为了探索帕金森患者和健康受试的脑电差异,对26名帕金森患者和26名健康受试者进行闭眼静息态EEG的采集,利用MMSE和MoCA量表对受试者的认知功能进行主观... 帕金森病是老年人群中常发的神经退行性疾病,目前仍然缺乏公认的特异生化诊断指标。为了探索帕金森患者和健康受试的脑电差异,对26名帕金森患者和26名健康受试者进行闭眼静息态EEG的采集,利用MMSE和MoCA量表对受试者的认知功能进行主观评定,利用UPDRS和H&Y分级对受试者的运动功能进行评估。首先采用标准化低分辨率脑电磁层析成像对两组受试者脑电信号进行了溯源分析,而后采用滞后相位同步方法对脑功能网络进行差异性分析,进而对比分析两组受试者脑功能网络的拓扑特性。溯源分析结果表明,与健康对照组相比,PD组存在差异的脑区是枕叶和顶叶,α2频段楔前叶(BA7)电流密度显著降低;β1频段额叶与枕叶之间脑功能连接降低,患者脑功能网络的平均聚类系数C、全局效率E和节点度D比健康对照组显著降低(P<0.01)(患者:C=0.54±0.14,Eg=0.71±0.09,D=26.88±9.88;健康对照组:C=0.75±0.13,Eg=0.83±0.09,D=42.21±11.19),患者组平均特征路径长度L比健康对照组显著升高(患者:L=1.61±0.2;健康对照组:L=1.34±0.19,P<0.01)。本研究α2频段楔前叶电流密度显著降低以及β1频段脑功能连接效率降低对帕金森病的诊断具有指导意义。 展开更多

关键词 帕金森疾病 脑电图 标准化低分辨率脑电磁层析成像(sLORETA) 脑功能网络

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基于汉字默读的运动想象脑电信号识别研究

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作者 金铭 郭苗苗 +1 位作者 李梦凡 蔡梓良 《现代电子技术》 2022年第10期137-141,共5页

基于运动想象的脑机接口(BCI)系统被广泛用于医疗康复领域,但随着想象任务的增多,分类准确率会急剧下降。为提高个体多类运动想象脑电信号(EEG)的识别准确率,文中设计附加汉字默读(4个汉字)的运动想象实验范式,采用共空间模式(CSP)+Fis... 基于运动想象的脑机接口(BCI)系统被广泛用于医疗康复领域,但随着想象任务的增多,分类准确率会急剧下降。为提高个体多类运动想象脑电信号(EEG)的识别准确率,文中设计附加汉字默读(4个汉字)的运动想象实验范式,采用共空间模式(CSP)+Fisher分类器和卷积神经网络两种方式对脑电信号进行特征提取并分类,验证附加默读对分类准确率的影响。结果表明:CSP+Fisher分类器方式下,附加默读的运动想象任务平均分类准确率(37.78%±3.46%)优于仅进行运动想象任务时的平均分类准确率(39.73%±3.15%),P>0.05;卷积神经网络(CNN)方式下附加默读的运动想象任务分类准确率(59.13%±2.95%)显著优于仅进行运动想象任务时的分类准确率(62.60%±2.41%),P<0.01。因此,文中提出的基于汉字默读的运动想象实验范式可以在受试者想象运动时获得更加稳定的脑电信号,从而提升BCI的分类准确率,为BCI范式的优化提供依据。 展开更多

关键词 运动想象 脑电信号 汉字默读 卷积神经网络 共空间模式+Fisher分类器 脑机接口

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