一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法
【專利摘要】一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，屬于神經(jīng)工程領域。所述方法包括以下步驟：對采集到的皮層腦電（ECoG）數(shù)據(jù)進行預處理；計算時頻事件相關同步化強度；統(tǒng)計顯著性檢驗并提取腦功能指數(shù)；個體化腦功能映射。所述方法通過對ECoG數(shù)據(jù)的深入挖掘能夠快速、準確、全面地系統(tǒng)分析腦功能區(qū)相關腦電數(shù)據(jù)，獲取腦功能指數(shù)，實現(xiàn)了有個體化針對性的腦功能映射，能夠提升我們對復雜認知任務加工腦機制的理解，為認知神經(jīng)科學腦功能研究以及臨床神經(jīng)科學基礎研究提供有力幫助。
【專利說明】—種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及神經(jīng)工程領域，尤其是涉及一種基于皮層腦電高頻Ga_a神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法。
【背景技術】
[0002]認知神經(jīng)科學以及臨床神經(jīng)科學基礎研究中，往往會牽涉到腦功能區(qū)的映射，然后對該特定的腦區(qū)進行調(diào)控或干預等。例如利用一種非侵入性的，恒定、低強度的經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)來調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)兀的活動，事先需要對特定的腦區(qū)進行精確定位，這樣才能夠保證調(diào)控的靶向性，同時也不至于影響遠隔腦區(qū)皮層。傳統(tǒng)的腦功能定位方法利用腦解剖形態(tài)學識別腦功能區(qū)，由于個體間腦解剖結(jié)構存在著差異、解剖結(jié)構變形以及觀察者的主觀判斷等因素限制，客觀精確的定位腦功能區(qū)存在困難。目前，皮層電刺激(electric cortical stimulation, ECS)因其直接、客觀，作為腦功能映射的“金標準”具有無可替代的作用。但它仍有很多不足之處:1)電刺激可能誘發(fā)后放電，具有一定的風險性；2)需要對電極的排列組合進行逐對刺激，完成一例刺激通常需要很長時間；3)對醫(yī)生經(jīng)驗和被試配合程度要求很高。
[0003]隨著科技發(fā)展，血氧依賴功能磁共振(BOLD-fMRI)以其極高的空間分辨率能為腦功能映射提供一定的輔助參考，但在腦功能映射中存在明顯缺陷:1) fMRI依靠腦血流水平進行功能映射，這在理論上限定了其不能反映復雜認知任務腦功能區(qū)的動力學特性；2)fMRI對運動區(qū)較敏感，并且對于病變腦區(qū)功能映射會有較大誤差。而利用腦代謝活躍的區(qū)域進行腦功能映射的正電子發(fā)射計算機斷層掃描(PET)成像系統(tǒng)在語言功能區(qū)映射研究中，與ECS結(jié)果僅有65%的一致性。
[0004]皮層腦電(ECoG)以其極高的時空分辨率為我們探究大腦功能提供了新“窗口”。目前在人類皮層腦電的研究中發(fā)現(xiàn)，大腦皮層功能的激活與高頻ga_a神經(jīng)振蕩(>60Hz)功率的增加相關。在語言、聽覺以及運動等功能區(qū)都可觀察到這種高頻ga_a神經(jīng)振蕩的增強。此外，在腦磁圖(EMG)和頭皮腦電(EEG)的研究中也可見高頻ga_a神經(jīng)振蕩的增強。然而，目前還沒有一種從皮層腦電的角度確定腦功能，進而為認知神經(jīng)科學腦功能研究以及臨床神經(jīng)科學基礎研究進行有個體化針對性的腦功能映射提供有力幫助的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于皮層腦電高頻Ga_a神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，以便能夠快速、準確、全面地系統(tǒng)分析腦功能區(qū)相關腦電數(shù)據(jù)，獲取腦功能指數(shù)，實現(xiàn)有個體化針對性的腦功能映射，促進對復雜認知任務加工腦機制的理解，為認知神經(jīng)科學腦功能研究以及臨床神經(jīng)科學基礎研究提供有力幫助。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，包括以下步驟:[0007]步驟SI，對采集得到的ECoG數(shù)據(jù)進行預處理；
[0008]步驟S2，根據(jù)預處理后的ECoG數(shù)據(jù)，計算時頻事件相關同步化強度；
[0009]步驟S3，對所述時頻事件相關同步化強度進行統(tǒng)計顯著性檢驗，提取腦功能指數(shù)；
[0010]步驟S4，根據(jù)所述腦功能指數(shù)，在三維立體腦結(jié)構上進行個體化腦功能映射。
[0011]1.一種基于皮層腦電高頻Ga_a神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法,其特征在于，包括以下步驟:
[0012]步驟SI，對采集得到的ECoG數(shù)據(jù)進行預處理；
[0013]步驟S2，根據(jù)預處理后的ECoG數(shù)據(jù)，計算時頻事件相關同步化強度；
[0014]所述步驟S2具體包括以下步驟:
[0015]步驟2.1:利用Morlet小波變換對預處理后的ECoG數(shù)據(jù)進行時頻分析；
[0016]
【權利要求】
1.一種基于皮層腦電高頻Ga_a神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟SI，對采集得到的ECoG數(shù)據(jù)進行預處理； 步驟S2，根據(jù)預處理后的ECoG數(shù)據(jù)，計算時頻事件相關同步化強度； 所述步驟S2具體包括以下步驟: 步驟2.1:利用Morlet小波變換對預處理后的ECoG數(shù)據(jù)進行時頻分析；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括以下步驟: 步驟1.1:對所述ECoG數(shù)據(jù)進行0.1-220HZ濾波和50Hz陷波處理，以消除低頻飄移和工頻干擾； 步驟1.2:對濾波處理后的ECoG數(shù)據(jù)進行壞通道檢驗處理，去除壞通道，避免不可靠數(shù)據(jù)的影響； 步驟1.3:對去除壞通道后的ECoG數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換參考處理，取平均參考；步驟1.4:對轉(zhuǎn)換參考后的ECoG數(shù)據(jù)進行基線校正處理，去除基線漂移，以使ECoG數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)； 步驟1.5:對基線校正后的ECoG數(shù)據(jù)進行偽跡檢測處理，去除頭、面部肌肉抖動干擾的數(shù)據(jù)片段。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟: 步驟3.1:利用bootstrapping方法,在每一個時頻點計算其對應P值； P值為將觀測結(jié)果認定為同總體相比具有顯著性差異時所犯錯誤的概率；在這里表示了在ERS強度值與它相關的假設正態(tài)分布的均值相等時，認為他們在P值的概率下不相等，即犯此類錯誤的概率為P ； 步驟3.2:對所述P值進行多重比較校正； 首先，把每一通道相同頻率點的對應P值，設為Pk，其中k=l，2，…，M，按從小到大排列；M為通道總數(shù)，腦電系統(tǒng)為64通道； 然后，在條件Pk〈a Xk/M的約束下,確定最大下標m值； 最后，設定校正后的顯著水平α =0.05，這樣所有滿足Km的P值被認定為具有統(tǒng)計顯著性； 步驟3.3:計算高頻gamma頻段的ERS強度值,提取腦功能指數(shù)Geks ； 高頻gamma頻段的ERS強度值與大腦皮層的激活程度相關，可能參與多腦區(qū)和多種模式的信息交互與整合加工過程；因此，把高頻gamma頻段的ERS強度值作為腦功能指數(shù)Geks,則有:
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于皮層腦電高頻Gamma神經(jīng)振蕩的個體化腦功能映射方法，其特征在于，步驟S4，根據(jù)所述腦功能指數(shù)，在三維立體腦結(jié)構上進行個體化腦功能映射； 所述步驟S4具體包括以下步驟: 步驟4.1:綜合利用多模態(tài)醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，對顱內(nèi)電極進行三維立體定位，以得到電極三維坐標； 首先通過X線平片建立顱內(nèi)電極與腦組織結(jié)構的聯(lián)系，然后對掃描腦部獲取的MRI影像進行分割與重建得到單一被試個體的真實腦模型，再把提取得到的電極坐標標定到重建得到的真實腦模型上，完成顱內(nèi)電極的個體化三維立體定位； 步驟4.2:根據(jù)重建得到的顱內(nèi)電極三維坐標和腦功能指數(shù)，在三維立體腦結(jié)構上進行個體化腦功能映射； 利用基于高斯核函數(shù)的三維插值方法，對所述腦功能指數(shù)Geks在三維立體腦結(jié)構上進行三維插值計算:

【文檔編號】G06F19/00GK103932701SQ201410147256
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月13日 優(yōu)先權日:2014年4月13日
【發(fā)明者】李小俚, 胡振紅 申請人:北京師范大學