专利名称：基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法
技术领域：
本发明涉及神经工程技术领域，特别涉及一种基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法。
背景技术：
现代认知神经科学研究的主要任务是研究理解认知功能的神经机制。目前大多数的脑功能研究，都是采用“认知减法”的思路进行实验设计和数据分析，这种思路简而言之就是基于功能定位的研究思路。“认知减法”的研究方法是否成立要基于一个假设，该假设认为大脑的各功能区是模块化的，即与各功能区相关的认知功能成分和活动是分离、独立的。一部分研究结果证实上述假设是成立的，然而越来越多的研究表明，即使认知任务非常简单，其实现也依赖于多个分离的脑功能区的联合协作才能完成。相对于前述“认知减法”的研究思路，不同脑区之间的信息流动以及脑功能网络的并行性已经成为研究者们关注的重点。相对于功能定位的研究思路，该方法思路可描述为功能整合的思路。为了探索脑功能深层机制，一个合理方法是综合使用功能定位和功能整合两种思路进行研究，相互补充。上述功能整合机制可以用大脑网络来描述，其研究的对象是不同脑功能区之间的交互作用，以及不同的认知任务对这种交互作用的调制和影响。然而，目前还没有一种从脑信息交互、整合的角度研究脑深层机制，进而为脑科学研究提供有力帮助的方法。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法，以便从脑信息交互、整合的角度研究脑深层机制。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法，其包括步骤A :在待测者的头部设置相应的电极，通过计算机向所述电极发送并口同步信号， 通过所述电极采集待测者的脑电波；B :对所述脑电波进行预处理；C :根据预处理后的脑电波，通过有向传递函数方法计算脑功能网络连接矩阵；D :根据所述脑功能网络连接矩阵，计算得到基于信息流增益的大脑不对称性指数。优选地,所述步骤A具体包括步骤Al :在待测者的全脑位置设置测试电极，在待测者的乳突位置设置参考电极，接地电极接地；
A2 :通过计算机向所述测试电极、参考电极和接地电极，发送并口同步信号；A3 :通过所述测试电极、参考电极和接地电极检测待测者的脑电波；A4 :将所述脑电波经过放大和模数转换后发送给所述计算机。优选地,所述步骤B具体包括步骤BI :对所述脑电波进行滤波处理；B2 :对滤波处理后的脑电波进行去基线处理；B3 :对去基线处理后的脑电波进行去眼电伪迹处理；B4 :把去眼电伪迹处理后的脑电波中的每次脑电电位对应的所述并口同步信号的时刻对齐。优选地,所述步骤C具体包括步骤Cl :从预处理后的脑电波中选取待计算的频带；C2:使用赤池信息量准则计算对所述预处理后的脑电波进行拟合的阶次，根据所述阶次使用多元回归模型拟合所述频带中的脑电波数据；C3:通过有向传递函数方法，根据拟合后的所述频带中的脑电波数据，分别计算所述频带中各离散频率对应的脑功能网络连接矩阵；C4:使用替代数据法依次对所述频带中各离散频率对应的脑功能网络连接矩阵进行连接显著性验证，去除由于随机性造成的无意义连接。优选地,所述步骤D具体包括步骤Dl :以所述脑功能网络连接矩阵中的行为信息流流出方向求和得到流出信息值， 以所述脑功能网络连接矩阵中的列为信息流流入方向求和得到流入信息值；D2:以待测者的脑中间纵向的测试电极的连线为轴，分为左右半脑，分别计算得到左半脑各测试电极的信息流增益和右半脑各测试电极的信息流增益；所述信息流增益为相应测试电极上的流出信息值与流入信息值的比值；D3 :按照左右对称原则，根据左右对应的测试电极对的信息流增益，利用不对称性指数计算公式，依次计算得到各测试电极对对应的大脑不对称性指数。(三)有益效果本发明的基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法，利用有向传递函数计算脑功能网络连接矩阵，通过按行、列方向求和得到流出信息值、流入信息值；通过流出信息值和流入信息值的比值得到信息流增益，进而根据不对称指数计算公式得到基于信息流增益的大脑不对称性指数。所述方法从脑信息交互、整合的角度研究脑的深层机制，观察脑不对称状态，是脑功能机制研究方法的补充，对于深入探索脑深层机理有着重要启示。
图I是本发明实施例所述的基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法流程图；图2是左右半脑导联划分示意图；图3a b是基于信息流增益计算得到的大脑不对称指数脑地形图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图I是本发明实施例所述的基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法流程图。 如图I所示，所述方法包括步骤A :在待测者的头部设置相应的电极，通过计算机向所述电极发送并口同步信号，通过所述电极采集待测者的脑电波。所述步骤A具体包括步骤Al :在待测者的全脑位置设置测试电极，在待测者的乳突位置设置参考电极，接地电极接地。图2是左右半脑导联划分示意图，如图2所示，本实施例采用通用的脑电记录设备，采用频率为1000Hz，记录时采用64个导联(即测试电极)，导联的位置按照国际惯例10-20系统设置。其中，设置在乳突位置的参考电极在图2中未示出。步骤A2 :通过计算机向所述测试电极、参考电极和接地电极，发送并口同步信号。步骤A3 通过所述测试电极、参考电极和接地电极检测待测者的脑电波。步骤A4 :将所述脑电波经过放大和模数转换后发送给所述计算机。步骤B :对所述脑电波进行预处理。所述步骤B具体包括步骤BI :对所述脑电波进行滤波处理，以排除50Hz工频干扰。步骤B2 :对滤波处理后的脑电波进行去基线处理，去除基线漂移，以使脑电波成为平稳的，均值接近为O的信号。步骤B3 :对去基线处理后的脑电波进行去眼电伪迹处理，去掉眼动对应的数据部分。步骤B4 :把去眼电伪迹处理后的脑电波中的每次脑电电位对应的所述并口同步信号的时刻对齐。步骤C :根据预处理后的脑电波，通过有向传递函数(DTF, directed transfer function)方法计算脑功能网络连接矩阵。所述步骤C具体包括步骤Cl :从预处理后的脑电波中选取待计算的频带。所述频带的选取视不同的测试任务而不同，比如测试运动过程的脑电波，则对应的频带一般为8 13Hz ;如果测试思考过程的脑电波，则对应的频带一般为O. 4 5Hz。步骤C2 :使用赤池信息量准则(AIC, Akaike information criterion)计算对所述预处理后的脑电波进行拟合的阶次，根据所述阶次使用多元回归模型拟合所述频带中的脑电波数据。已知时间为t，导联数为N(本实施例中N为64)，所述频带中的脑电波数据X可以描述为X = [X1(t) , X2(t) , · ·· , xN(t) ]τ ;(I)使用多元回归模型拟合后得到
权利要求
1.一种基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法，其特征在于，包括步骤A :在待测者的头部设置相应的电极，通过计算机向所述电极发送并口同步信号，通过所述电极采集待测者的脑电波；B :对所述脑电波进行预处理；C :根据预处理后的脑电波，通过有向传递函数方法计算脑功能网络连接矩阵；D :根据所述脑功能网络连接矩阵，计算得到基于信息流增益的大脑不对称性指数。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括步骤Al :在待测者的全脑位置设置测试电极，在待测者的乳突位置设置参考电极，接地电极接地；A2 :通过计算机向所述测试电极、参考电极和接地电极，发送并口同步信号；A3 :通过所述测试电极、参考电极和接地电极检测待测者的脑电波；A4 :将所述脑电波经过放大和模数转换后发送给所述计算机。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括步骤BI :对所述脑电波进行滤波处理；B2 :对滤波处理后的脑电波进行去基线处理；B3 :对去基线处理后的脑电波进行去眼电伪迹处理；B4 :把去眼电伪迹处理后的脑电波中的每次脑电电位对应的所述并口同步信号的时刻对齐。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括步骤Cl :从预处理后的脑电波中选取待计算的频带；C2 :使用赤池信息量准则计算对所述预处理后的脑电波进行拟合的阶次，根据所述阶次使用多元回归模型拟合所述频带中的脑电波数据；C3 :通过有向传递函数方法，根据拟合后的所述频带中的脑电波数据，分别计算所述频带中各离散频率对应的脑功能网络连接矩阵；C4:使用替代数据法依次对所述频带中各离散频率对应的脑功能网络连接矩阵进行连接显著性验证，去除由于随机性造成的无意义连接。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体包括步骤Dl :以所述脑功能网络连接矩阵中的行为信息流流出方向求和得到流出信息值，以所述脑功能网络连接矩阵中的列为信息流流入方向求和得到流入信息值；D2 :以待测者的脑中间纵向的测试电极的连线为轴，分为左右半脑，分别计算得到左半脑各测试电极的信息流增益和右半脑各测试电极的信息流增益；所述信息流增益为相应测试电极上的流出信息值与流入信息值的比值；D3:按照左右对称原则，根据左右对应的测试电极对的信息流增益，利用不对称性指数计算公式，依次计算得到各测试电极对对应的大脑不对称性指数。
全文摘要
本发明公开了一种基于信息流增益的大脑不对称指数计算方法，涉及神经工程领域。所述方法包括步骤在待测者的头部设置相应的电极，通过计算机向所述电极发送并口同步信号，通过所述电极采集待测者的脑电波；对所述脑电波进行预处理；根据预处理后的脑电波，通过有向传递函数方法计算脑功能网络连接矩阵；根据所述脑功能网络连接矩阵，计算得到基于信息流增益的大脑不对称性指数。所述方法从脑信息交互、整合的角度研究脑的深层机制，观察脑不对称状态，是脑功能机制研究方法的补充，对于深入探索脑深层机理有着重要启示。
文档编号G06F19/00GK102609618SQ20121002660
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者洪波, 闫铮, 高上凯, 高小榕 申请人:清华大学