一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法
【专利摘要】一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法，属于神经工程领域。所述方法包括以下步骤：对采集到的皮层脑电（ECoG）数据进行预处理；计算时频事件相关同步化强度；统计显著性检验并提取脑功能指数；个体化脑功能映射。所述方法通过对ECoG数据的深入挖掘能够快速、准确、全面地系统分析脑功能区相关脑电数据，获取脑功能指数，实现了有个体化针对性的脑功能映射，能够提升我们对复杂认知任务加工脑机制的理解，为认知神经科学脑功能研究以及临床神经科学基础研究提供有力帮助。
【专利说明】—种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及神经工程领域，尤其是涉及一种基于皮层脑电高频Ga_a神经振荡的个体化脑功能映射方法。
【背景技术】
[0002]认知神经科学以及临床神经科学基础研究中，往往会牵涉到脑功能区的映射，然后对该特定的脑区进行调控或干预等。例如利用一种非侵入性的，恒定、低强度的经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)来调节大脑皮层神经兀的活动，事先需要对特定的脑区进行精确定位，这样才能够保证调控的靶向性，同时也不至于影响远隔脑区皮层。传统的脑功能定位方法利用脑解剖形态学识别脑功能区，由于个体间脑解剖结构存在着差异、解剖结构变形以及观察者的主观判断等因素限制，客观精确的定位脑功能区存在困难。目前，皮层电刺激(electric cortical stimulation, ECS)因其直接、客观，作为脑功能映射的“金标准”具有无可替代的作用。但它仍有很多不足之处:1)电刺激可能诱发后放电，具有一定的风险性；2)需要对电极的排列组合进行逐对刺激，完成一例刺激通常需要很长时间；3)对医生经验和被试配合程度要求很高。
[0003]随着科技发展，血氧依赖功能磁共振(BOLD-fMRI)以其极高的空间分辨率能为脑功能映射提供一定的辅助参考，但在脑功能映射中存在明显缺陷:1) fMRI依靠脑血流水平进行功能映射，这在理论上限定了其不能反映复杂认知任务脑功能区的动力学特性；2)fMRI对运动区较敏感，并且对于病变脑区功能映射会有较大误差。而利用脑代谢活跃的区域进行脑功能映射的正电子发射计算机断层扫描(PET)成像系统在语言功能区映射研究中，与ECS结果仅有65%的一致性。
[0004]皮层脑电(ECoG)以其极高的时空分辨率为我们探究大脑功能提供了新“窗口”。目前在人类皮层脑电的研究中发现，大脑皮层功能的激活与高频ga_a神经振荡(>60Hz)功率的增加相关。在语言、听觉以及运动等功能区都可观察到这种高频ga_a神经振荡的增强。此外，在脑磁图(EMG)和头皮脑电(EEG)的研究中也可见高频ga_a神经振荡的增强。然而，目前还没有一种从皮层脑电的角度确定脑功能，进而为认知神经科学脑功能研究以及临床神经科学基础研究进行有个体化针对性的脑功能映射提供有力帮助的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于皮层脑电高频Ga_a神经振荡的个体化脑功能映射方法，以便能够快速、准确、全面地系统分析脑功能区相关脑电数据，获取脑功能指数，实现有个体化针对性的脑功能映射，促进对复杂认知任务加工脑机制的理解，为认知神经科学脑功能研究以及临床神经科学基础研究提供有力帮助。
[0006]为实现上述目的，本发明提出一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法，包括以下步骤:[0007]步骤SI，对采集得到的ECoG数据进行预处理；
[0008]步骤S2，根据预处理后的ECoG数据，计算时频事件相关同步化强度；
[0009]步骤S3，对所述时频事件相关同步化强度进行统计显著性检验，提取脑功能指数；
[0010]步骤S4，根据所述脑功能指数，在三维立体脑结构上进行个体化脑功能映射。
[0011]1.一种基于皮层脑电高频Ga_a神经振荡的个体化脑功能映射方法,其特征在于，包括以下步骤:
[0012]步骤SI，对采集得到的ECoG数据进行预处理；
[0013]步骤S2，根据预处理后的ECoG数据，计算时频事件相关同步化强度；
[0014]所述步骤S2具体包括以下步骤:
[0015]步骤2.1:利用Morlet小波变换对预处理后的ECoG数据进行时频分析；
[0016]
【权利要求】
1.一种基于皮层脑电高频Ga_a神经振荡的个体化脑功能映射方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤SI，对采集得到的ECoG数据进行预处理； 步骤S2，根据预处理后的ECoG数据，计算时频事件相关同步化强度； 所述步骤S2具体包括以下步骤: 步骤2.1:利用Morlet小波变换对预处理后的ECoG数据进行时频分析；
2.根据权利要求1所述的一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括以下步骤: 步骤1.1:对所述ECoG数据进行0.1-220HZ滤波和50Hz陷波处理，以消除低频飘移和工频干扰； 步骤1.2:对滤波处理后的ECoG数据进行坏通道检验处理，去除坏通道，避免不可靠数据的影响； 步骤1.3:对去除坏通道后的ECoG数据进行转换参考处理，取平均参考；步骤1.4:对转换参考后的ECoG数据进行基线校正处理，去除基线漂移，以使ECoG数据趋于平稳； 步骤1.5:对基线校正后的ECoG数据进行伪迹检测处理，去除头、面部肌肉抖动干扰的数据片段。
3.根据权利要求1所述的一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤: 步骤3.1:利用bootstrapping方法,在每一个时频点计算其对应P值； P值为将观测结果认定为同总体相比具有显著性差异时所犯错误的概率；在这里表示了在ERS强度值与它相关的假设正态分布的均值相等时，认为他们在P值的概率下不相等，即犯此类错误的概率为P ； 步骤3.2:对所述P值进行多重比较校正； 首先，把每一通道相同频率点的对应P值，设为Pk，其中k=l，2，…，M，按从小到大排列；M为通道总数，脑电系统为64通道； 然后，在条件Pk〈a Xk/M的约束下,确定最大下标m值； 最后，设定校正后的显著水平α =0.05，这样所有满足Km的P值被认定为具有统计显著性； 步骤3.3:计算高频gamma频段的ERS强度值,提取脑功能指数Geks ； 高频gamma频段的ERS强度值与大脑皮层的激活程度相关，可能参与多脑区和多种模式的信息交互与整合加工过程；因此，把高频gamma频段的ERS强度值作为脑功能指数Geks,则有:
4.根据权利要求1所述的一种基于皮层脑电高频Gamma神经振荡的个体化脑功能映射方法，其特征在于，步骤S4，根据所述脑功能指数，在三维立体脑结构上进行个体化脑功能映射； 所述步骤S4具体包括以下步骤: 步骤4.1:综合利用多模态医学影像数据，对颅内电极进行三维立体定位，以得到电极三维坐标； 首先通过X线平片建立颅内电极与脑组织结构的联系，然后对扫描脑部获取的MRI影像进行分割与重建得到单一被试个体的真实脑模型，再把提取得到的电极坐标标定到重建得到的真实脑模型上，完成颅内电极的个体化三维立体定位； 步骤4.2:根据重建得到的颅内电极三维坐标和脑功能指数，在三维立体脑结构上进行个体化脑功能映射； 利用基于高斯核函数的三维插值方法，对所述脑功能指数Geks在三维立体脑结构上进行三维插值计算:
【文档编号】G06F19/00GK103932701SQ201410147256
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月13日 优先权日:2014年4月13日
【发明者】李小俚, 胡振红 申请人:北京师范大学