基于背景腦電頻率調(diào)制的事件相關(guān)電位相位重置效應(yīng)研究

1、 基于背景腦電頻率調(diào)制的事件相關(guān)電位 基于背景腦電頻率調(diào)制的事件相關(guān)電位 相位重置效應(yīng)研究 相位重置效應(yīng)研究 Study on the phase resetting effect of Event-related Potential modulated by the frequency of background EEG 學(xué)科專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程 研究生： 付蘭 指導(dǎo)教師：賀斌教授 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院 二零一四年五月

2、摘要 摘要 事件相關(guān)電位（event related potential, ERP）感覺、認(rèn)知活動密切相關(guān)，是感知神經(jīng)通路與大腦皮層各功能區(qū)對外界感官刺激與內(nèi)在認(rèn)知思維的綜合反映，含有豐富的神經(jīng)生理學(xué)、 腦認(rèn)知與心理學(xué)信息， 被譽為 “觀察大腦思維的窗口” ，有重要的科研與實用價值。 ERP 的主要優(yōu)勢是具有良好的時間分辨率。 但其單次刺激誘發(fā)的信號幅值極其微弱， 往往淹沒在背景腦電 （electroencephalogram, EEG

3、）之中，難以通過直接檢測方法得到。這就導(dǎo)致了 ERP 雖然自發(fā)現(xiàn)以來已被廣泛應(yīng)用于腦功能等相關(guān)研究，但其產(chǎn)生神經(jīng)機制卻一直存在巨大爭議，無法厘清。有關(guān) ERP 產(chǎn)生機制至今有兩種假設(shè)：誘發(fā)模型和相位重置模型。傳統(tǒng)研究方法嘗試基于靜息態(tài) EEG 信號，對其進(jìn)行分組以尋找區(qū)分兩種模型的證據(jù)，但多引入難解的“分組偽跡”問題?？紤]到 ERP 的產(chǎn)生是離不開背景 EEG 的，本文利用穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)范式將背景 EEG 調(diào)制成有規(guī)律的信號，一方面可以提

4、高信噪比，另一方面通過頻率調(diào)制刺激前背景 EEG 的狀態(tài)，以避免人為分組方法引入偽跡。另外，在特征提取方面，利用希爾伯特變換提取時域瞬時相位特征，以避免窄帶濾波引入的偽跡，增強支持模型的證據(jù)可靠性。 本文經(jīng)實驗方案優(yōu)化，采用了 6 種不同的實驗誘發(fā)范式調(diào)制背景 EEG，并采用 3 種強度的瞬態(tài)刺激來誘發(fā) ERP。研究中共采集了 8 名被試的 EEG 數(shù)據(jù)，通過相干平均技術(shù)提取了時域特征，分析結(jié)果表明，P1 時間窗內(nèi)，背景 EEG 在受到

5、瞬態(tài)刺激時發(fā)生了相位調(diào)制，并隨實驗范式不同而不同，且 EEG 初始相位與 N1 成分的潛伏期相關(guān)。接著，采用希爾伯特變換提取了時域瞬時相位特征，并對相位分布特征作了 Rayleigh 檢驗。 分析結(jié)果表明， 低刺激強度 N1 時間窗內(nèi)，范式 1010 比范式 1001 更早呈現(xiàn)顯著相位集中分布，且集中分布的時間窗更寬。這與初始相位差異導(dǎo)致的 N1 成分潛伏期差異是一致的。最后，采用短時傅里葉變換提取了時頻特征事件相關(guān)譜擾動和事件內(nèi)在相干

6、指數(shù)， 并采用雙因素方差分析作了主效應(yīng)分析。分析結(jié)果表明，低刺激強度時 N1 成分的生成更傾向于相位重置模型，而高刺激強度時 N1 成分的生成更傾向于誘發(fā)模型。 本文通過分析不同實驗范式、不同刺激強度瞬態(tài)刺激誘發(fā) ERP 的差異，發(fā)現(xiàn)低刺激強度時背景 EEG 的初始相位與 P1、N1 成分的潛伏期有很強關(guān)聯(lián)性，且對相應(yīng)時間窗內(nèi)能量和相位的變化也有顯著影響。 文中研究成果有助于更深刻地認(rèn)識 ERP 的產(chǎn)生機制以及整合 ERP 和背景 EE