脑电预测行为:以效率与公平决策研究为例

目的:以效率与公平相关决策研究为例,探讨人脑电位对行为反应的预测.方法:本研究采用E-Prime程序和事件相关脑电位技术记录了22名健康被试完成效率与公平权衡决策实验时的行为数据和脑电数据,并进行分析.结果:被试对效率的行为敏感性(个体对高效率与低效率的行为反应的差异)可由他们先前对效率的脑电敏感性(个体对高效率与低效率的脑电反应的差异)预测;被试对公平的行为敏感性(个体对高公平与低公平的行为反应的差异)可由他们先前对公平的脑电敏感性(个体对高公平与低公平的脑电反应的差异)预测.结论:本研究例示了个体脑电差异可以预测个体行为差异.     

语言刺激对镜像神经系统激活情况的研究

镜像神经元在人类的动作理解,言语与语言,共情等方面都有深刻的影响,言语知觉的运动理论更是验证了镜像神经系统在人体中的重要作用.本文通过图片、音频、有声嘴部动作视频作为实验刺激,采集被试默读不同汉字时的脑电,进行预处理与时频分析,采用共空间模式生成脑电地形图,利用支持向量机得到3种刺激材料下不同状态的分类正确率.结果表明：随着刺激针对感官维度的加深,被试大脑运动皮层有明显激活,且激活范围更加集中明显,分类正确率也相应提升.音频刺激相对于图片刺激,两字的分类正确率总平均提高2.5%.视频刺激相对于图片刺激,两字的分类正确率总平均提高4.3%,为以后应用于临床脑损伤治疗做准备.     

前额叶Gamma频段tACS对工作记忆影响的研究

基于行为学与脑电(Electroencephalogram EEG) 特征评估40Hz经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）对工作记忆的影响,进一步探究40Hz经颅交流电刺激对脑电与认知功能的调节作用。选取34名被试,并在伪刺激或真刺激后参与工作记忆任务,同时采集被试的行为学数据与脑电数据,最终通过MATLAB与SPSS-26.0进行数据分析,得出40Hz经颅交流电刺激对脑电、行为学数据指标的影响。通过数据分析发现事件相关电位中P3a成分与P3b成分的幅值在不同刺激、不同任务量下表现出显著性,且被试在真刺激后顶叶区的theta-gamma相位幅值耦合显著提升。因此可以得出40Hz经颅交流电刺激使得事件相关电位(Event-related potential, ERP)相关成分幅值有显著变化,且能显著提升被试脑内的相位幅值耦合程度,从而提升了专注度,进而显著提升工作记忆的能力,使得相关行为学数据显著提高。     

利用小波分解和支持向量机的心理意识真实性识别研究

采用小波分解和支持向量机(SVM)技术,提出了一种对说谎脑电(EEG)信号特征进行分类的方法,将其应用于心理意识真实性的检测,获得了满意的结果.以真伪已明确的有意义的个人信息(如姓名、生日)作为被测试的隐藏信息,应用隐藏信息(CIT)测试模式对15名受试者各进行两组测试,并记录其脑电(EEG)信号.提取了探测刺激和无关刺激诱发EEG信号的小波系数,并应用具有统计学意义的特征参数作为SVM分类器的输入进行识别分类.实验结果显示,应用leave-one-out交叉验证法对30组样本数据进行训练测试,获得平均正确识别率为88.3%.因此,该方法可以作为一种心理意识真实性检测的新方法,具有无创、较高正确检测率等优点.     

基于触觉P300的脑控下肢康复机器人

基于P300信号的脑机接口技术在康复医疗领域具有广阔的应用前景,但P300信号的诱发方式多为视听刺激诱发,容易导致患者视听疲劳,同时也限制了视听障碍患者的使用。针对这些不足,设计一种基于触觉P300的脑控下肢康复机器人系统,在被试的左右食指处各放置一个振动器,通过调整左右手振动器的刺激间隔、刺激时长及刺激比例让P300信号更容易诱发和区分;利用共空间模式算法和支持向量机对信号进行特征提取和分类。被试通过选择关注左手或右手的振动刺激输出不同指令,从而控制下肢康复机器人进行相应动作。实验证明,被试通过感受振动刺激可以轻松诱发脑电中的P300信号,在不进行P300信号平均叠加的条件下,分类准确率为86.50%,既保证了较高的分类准确率,又缩短了指令输出时间。每位被试均可通过下肢康复系统顺利完成训练任务,证明了该方法的可行性。     

自适应单次运动想像最优特征提取研究

为得到区分左右手运动想像脑电信号的最优特征,提出了一种自适应单次脑电特征提取方法.该算法先按运动想像电位生理学原理对不同被试寻找事件相关去同步/同步(ERD/ERS)现象最明显的频段与时间段,再按照这些参数提取C3,C4导脑电信号的能量,最后取其能量比值作为左右手想像分类的特征.采用公共标准数据集做测试,运用支持向量机(SVM)进行分类,并与AR特征提取法对照.结果表明,该法可有效提高分类正确率(平均90.7%,最佳98.7%),优于使用固定频段与时间段的AR特征提取法(平均77.4%,最佳92.8%),且算法复杂度低于AR特征提取法,适应性稍强于AR特征提取法,适合在线应用.     

基于样本熵的磁刺激穴位加权脑功能网络研究

脑功能网络的构建与分析可帮助探究大脑工作机制。本研究旨在构建并分析磁刺激内关穴脑功能网络,为探索针灸学作用机理提供理论依据。目前,为简化网络计算的复杂性,很多相关研究集中于二值脑功能网络,忽略了节点间连接强度。本研究采集磁刺激内关穴前、中、后3种状态的脑电信号并基于样本熵和互信息方法构建3种状态下反映节点间真实连接程度的加权脑功能网络;利用复杂网络理论对3种状态下加权脑功能网络拓扑性质进行对比性分析。实验结果表明,刺激状态与刺激前状态相比,网络的平均度、平均聚类系数、全局效率均有提高;刺激状态与刺激后状态相比,网络的平均度、平均聚类系数、全局效率整体也呈增强趋势;刺激后状态与刺激前状态相比,除少数被试的网络拓扑特征基本保持不变或小幅度减少外,其余均呈增长趋势,且增长程度不同,考虑与刺激的累积效应和个体差异有关。研究结果表明,磁刺激内关穴使网络各通道间连接强度提高,集群化程度加强,信息传递效率提高。     

利用高频脑电的局灶性癫痫患者癫痫发作检测

针对现有的大多数癫痫发作自动检测方法都是在脑电的低频段进行而忽略高频成分这一现象,利用长时程头皮脑电的高频成分对局灶性癫痫患者进行癫痫发作检测。首先将19通道的脑电数据在一个滑动时间窗内利用小波分解提取出高频γ波段,再利用有向传递函数算法来提取信息流特征,求得流出信息强度特征用以降维,然后将此波段的特征通过支持向量机进行分类,通过五重交叉验证得到癫痫发作效果评价。结果表明:利用高频检测脑电癫痫发作的正确率为98.4%,平均选择性为60.7%,平均敏感性为93.4%,平均特异性为98.4%,平均检出率为95.9%;通过和使用其他子频带进行癫痫发作检测的结果对比发现,γ波段有着更高的分类效果;表明了对于局灶性癫痫患者,在癫痫发作时,其γ波段的流出信息强度显著性集中和增强在某些脑区。研究内容验证了癫痫发作与脑电中高频成分有关的观点。     

基于P300的脑-机接口: 视觉刺激强度对性能的影响

脑-机接口(BCI)是大脑与外部世界直接的交流通道.为了研究视觉刺激强度对基于P300的脑-机接口性能的影响,设计并实现了一种基于5个选择oddball的P300诱发电位范式的脑-机接口系统,并在此系统中研究2种不同强度下视觉刺激(高强度和低强度)下脑-机接口的信息传输率差异.9名受试者参加了实验,每位受试者在高低2种强度视觉刺激下各采集40组数据,数据在预处理后使用支持向量机进行分类,最终的目标识别率分别为84%和81%.平均波形表明在所设计的范式下2种强度视觉刺激均可以诱发出稳健的P300电位,离线分析表明高强度视觉刺激下平均信息传输率可以达到4.9 bit/min, 而低强度视觉刺激下为 4.5 bit/min.     

非监督特征学习方法在脑电身份识别中的应用

设计并实现了采用非监督特征学习方法对模拟阅读事件相关电位实验中多名受试者脑电信号的特征提取,并对提取的特征向量进行了模式分类.实验中共采集5名受试者脑电信号,每名受试者的特征样本集由其接受模拟阅读靶视觉刺激后100⁴00ms在通道PO3、O1、Oz、O2、PO4、P4、P8、CP6的脑电信号样本组成,各受试者样本集均含400个试次样本.非监督特征学习过程由含6个神经节的BP神经网络完成,后选用支持向量机作为分类器.对比了1试次,2试次、5试次、10试次样本叠加等几种不同情况下采用非监督特征学习方法提取特征的分类正确率.实验结果表明:采用多神经节人工神经网络对5名使用者5试次叠加信号样本提取的特征向量的分类正确率高于90%,显著优于对各单通道时域特征向量的分类正确率,该方法可为以脑电信号为特征的身份识别系统提供一种可行的特征提取方式.