（电气工程专业论文）基于脑电信号的认知动力学系统研究——线性非线性方法及动态时—频—空分析.pdf

中文摘要 摘要 本文首先提出认知动力学系统( c o g n i t i v ed y n a m i c ss y s t e m ，c d s ) 新概念，认为对 大脑认知功能的研究应基于一种动态的、系统的观点。因为人脑在处理认知任务 的时候总是遵循“接受信息( 看、昕、感觉等) 一提取信息( 记忆等) 一处理 信息( 运算、决策等) 一输出信息( 说、写、情绪等) ”这一工作环路，而且这 一环路不是静止的，而是动态的，演变的，非线性的，混沌的：不同时点、不同 脑区、不同频段工作环路的同步、整合等机制构成了整个大脑认知系统。与之相 适应的研究手段有功率谱分析，非线性动力学分析，动态时一频一空分析，以及 同步分析等方法。鉴于认知动力学系统的复杂性，应从时域、频域和空域进行多 角度、多层次、多方法综合分析，方有可能一窥人脑认知活动的神秘和美妙。 针对认知动力学系统，本文设计了两组认知功能实验，一是正常生理情况下 的认知功能实验：二是病理情况下的认知功能实验。其中正常生理状态下共记录 了8 种认知状态下的脑电数据，即安静闭眼、安静睁眼、闭眼心算、数字广度顺 背、数字广度逆背、词汇联想、图形推理、定向力测试等。其中安静闭眼作为对 比参照状态：安静睁眼作为简单认知任务；闭眼心算、数字广度顺背、数字广度 逆背、定向力测试和词汇联想作为中等复杂程度的认知任务；图形推理作为复杂 认知任务。在病理实验中，考虑到采集病人脑电数据的临床条件和病人配合程度， 只记录了病人安静闭眼、安静睁眼两种状态下的脑电数据，以便实验方法和分析 结果能更好地应用于临床。 在功率谱分析中，首先应用f i r 带通滤波器进行滤波预处理，应用信号弱平 稳准则进行平稳性检测预处理，然后重点讨论了用a r 模型的b u r g 法进行功率谱 估计，计算并分析了各种认知状态下的功率谱量化指标。 在非线性动力学分析中，系统地研究了非线性动力学研究的一般方法和步骤。 首先设计了一种基于独立分量分析的时空滤波器进行信号滤波预处理，应用信号 弱平稳准则进行平稳性检测预处理，应用互信息法和c a o 方法进行相空间重构的 参数选择预处理。在预处理的基础上，详细讨论了l y a p u n o v 指数、分形维数、近 似熵等动力学方法，并分析了各动力学参数在各种认知状态下的特征变化。 在动态时一频一空分析中，首先提出“动态时一频一空分析”新方法并指出 其意义，然后详细讨论了基于g a b o r 交换和小波变换的两种动态时一频一空分析 方法及相关参数指标的分析结果，最后提出一种非线性非平稳性前提下的小波混 沌分析新方法及其参数指标的时一频一空变异性。 在同步分析中，系统地研究了线性同步方法、基于非线性动力学的同步方法、 相同步方法等，重点讨论了各认知状态在线性同步( 相关函数) 下的特性和舰律， 重壅查兰竖主兰堡笙兰 一 一 在非线性同步( 非线性互依赖性) 下的特性和规律，以及在相同步( 基于希尔伯 特变换的相同步法) 下的特性和规律。 本文的一个理论创新在于首次提出认知动力学系统这一新概念，使得对认知 功能的研究建立在一个理论框架下，其核心内容包括三方面：( 1 ) 认知过程通过 e e g 脑电活动在时间，频率，空间上的动态演化体现出来；( 2 ) 认知过程通过e e g 脑电活动的非线性振动与各种牵4 激诱发的暂态体现出来；( 3 ) 认知过程通过e e g 脑电活动在各脑区的相互耦合与同步谐振体现出来。 另一个创新之处是在非线性动力学研究中，首次设计了一种基于独立分量分 析的时空滤波器进行信号预处理，保证了在宽频带和高维系统前提下的降嗓，从 理论上保证了后继非线性动力学参数刻划的可靠性和有效性。 另一个创新之处在于首次提出动态时一频一空分析新方法，从时一频，时一 空，频一空多个角度多个层面的动态演化中寻找规律，探讨正常生理状态和病理 状态下大脑认知功能的变化特性。目前这一研究成果已应用到成都迪康数字医疗 仪器公司的数字化脑电图及数字化脑地形图的产品中。 另一个创新之处是首次发现t 相同步在认知作业下具有与事件相关电位p 3 0 0 相似的性质，即随着认知任务的复杂程度增加，其在头皮中顶区的反应也随着增 强，表明y 相同步也可能是一种事件相关反应。相比p 3 0 0 ，其优势是信号采集时的 易操作性和可靠性。 本文系统研究了正常生理情况下和病理情况下的多种认知作业任务，对每种 作业任务给出了众多的量化分析指标，这些量化分析无疑会对相关研究和临床应 用具有极大的参考价值。 关键词：认知动力学系统，功率谱分析。菲线性动力学分析，动态时一频一空分 析，同步分析 i i 茎苎塑垩 a b s t r a c t an e wc o n c e p t ，c o g n i t i v ed y n a m i c ss y s t e m ( c d s ) ，i sp r e s e n t e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c h a r g u e st h a ts t u d i e so nb r a i nc o g n i t i v ef u n c t i o ns h o u l db eb a s e do nd y n a m i ca n ds y s t e m a t i c s c h e m e ss i n c et h e r ea l w a y se x i s t saw o r k i n gl o o pw h e no u rb r a i n s 伽f i l lc o g n i t i v et a s k s ， n a m e l y , aw o r k i n gl o o p s o f “i n f o r m a t i o n i n p u t ( v i as e e i n g ，l i s t e n i n g ，f e e l i n g ，e t c ) 一 i n f o r m a t i o na r c h i v i n g ( v i am e m o r y ) i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ( v i ac a l c u l a t i o n ，j u d g m e n t ， d e c i s i o n ，e t c ) i n f o r m a t i o no u t p u t ( v i as p e a k i n g ，w r i t i n g ，e m o t i o n ，e t c ) ”，f u r t h e r m o r e ，s u c h w o r l c i n gl o o p sa r en o ts t a t i cb u tl a b i l e ，e v o l u t i o n a r y , n o n s t a t i o n a r y , n o n l i n e a r , a n dc h a o t i c 1 1 1 cs y n c h r o n i z a t i o na n di n t e g r a t i o no ft h e s ew o r k i n gl o o p sa td i f i e r e n tt i m ep o i n t s ，d e f e r e n t b r a i nr e g i o n s ，a n dd i f f e r e n tf r e q u e n c i e sf o r g e st h ew h o l ec o g n i t i v ef u n c t i o n a l i t i e so ft h e n e u r a ls y s t e m t h u sh y b r i ds e h e m a t i cm e t h o d si n c l u d i n gl i n e a r n o n l i n e a rm e t h o d sa n d d y n a m i c a lt i m e f r e q u e n c y - s p a c ea n a l y s i s a r en e e d e dt om e e tt h es p a t i a l ，t e m p o r a l ，a n d f r e q u e n c yv a r i a b i l i t yo f c o g n i t i v ep r o c e s s t w o g r o u p so fe x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e df o rc d s ，o n e i su n d e rn o r m a lc o n d i t i o n ，a n d t h eo t h e ri su n d e rp a t h o l o g i c a lc o n d i t i o n e e g so f8c o g n i t i v es t a t e su 1 1 d e rn o r m a lc o n d i t i o n ( e y e sc l o s e d ，e y e so p e n ，m e n t a la r i t h m e t i c ，d i g i ts p a n ，c o n t r a r yd i g i ts p a n , o r i e n t a t i o nt e s t ， v o c a b u l a r ya s s o c i a t i o n , g r a p h i cr e a s o n i n 9 1w e r er e c o r d e do n2 0h e a l t h yv o l u n t e e r sa g e d b e t w e e nl8a n d2 0y e a r si n d i v i d u a l l y ；e e g so f2c o g n i t i v es t a t e su n d e rp a t h o l o g i c a l c o n d i t i o n ( e y e sc l o s e d ，e y e so p e n ) w e r er e c o r d e do n2 0c e r e b r a lh e m o r r h a g ea n di n f a r c t p a t i e n t sa g e db e t w e e n 4 7a n d8 4y e a r si n d i v i d u a l l y f o re a c he e g r e c o r d i n g1 6a g a g c i d i s ce l e c t r o d e sw e r ep l a c e do nt h ef r o n t a l ( f p l ，f p 2 ，f 3 ，f 4 ，f 7 ，f 8 ) ，c e n t r a l ( c 3 ，c 4 ) ， p a r i e t a l ( p 3 ，p 4 ) ，t e m p o r a l ( t 3 ，t 4 ，t 7 ，t 8 ) a n do c c i p i t a l ( ol ，0 2 ) l o c a t i o n sa c c o r d i n g t ot h e i n t e r n a t i o n a l1 0 2 0 s y s t e m a n d w e r er e f e r e n c e d a g a i n s t l i n k e de a r l o b e s t h ec u t o f f f r e q u e n c i e so f t h ee e g a m p l i f i e r sw e r es e tt oo 3 a n dt 2 0h zw i t hs a m p l i n gf r e q u e n c yo f 1 0 0 0h z ( 1 2 b i t ) i nt h es p e c t r a la n a l y s i s ，f i rb a n d p a s sf i l t e r i n ga n dw e a k s t a f i o n a r i t yt e s tw e r ee m p l o y e d f o rd a t ap r e p r o c e s s i n g t h e nb u r ga rm o d e lb a s e ds p e c t r a le s t i m a t i o nw a sd i s c u s s e di n c o m p a r i s o n w i t hw e l c hm e t h o d si nd e t a i l s c l a s s i e a ls p e c t r a li n d i c e s ( s p c c t r a le d 辨f r e q u e n c y ， m e d i a n f r e q u e n c y , p e a l ( p o w e rf r e q u e n c y , a l ( a + p ) r a t e ，r e l a t i v ep o w e r r a t eo f a 、e 、0 t 、1 3 、y ， e t c 1w e r ea n a l y z e da n d e rd i f f e r e n tc o g n i t i v es t a t e s i nt h en o n l i n e a rd y n a m i c sa n a l y s i s an o v e li c a b a s e ds p a t i a l t e m p o r a l f i l t e r i n gw a s d e s i g n e df o rd a t ap r e p r o c e s s i n gc o m p a n y i n gw i t hw e a ks t a t i o n w i t yt e s t t i m ed e l a ya n d e m b e d d i n gd i m e n s i o n ，d y n a m i c sp a r a m e t e r sf o rp h a s es p a c er e c o n s t r u c t i o n ，w e r es e l e c t e d u s i n g m u t u a li n f o r m a t i o nm e t h o da n dc a o sm e t h o d i n d i v i d u a l l y t h e n ，t h r e e c l a s s i c d y n a m i c si n d i c e s ，c o r r e l a t i o nd i m e n s i o n ，l a r g e s tl y a p u n o ve x p o n e n t ，a n da p p r o x i m a t e e n t r o p y , a n d t l l e i ra l g o r i t h m sw e r ed i s c u s s e da n d a n a l y z e d i nd e t a i l su n d e rd i f i e r e n ts t a t e s i nt h ed y n a m i c a lt i m e - f r e q u e n c y s p a c ea n a l y s i s t h i sn e wm e t h o da n di t ss i g n i f i c a n tr o l e s i nt h ec d sw e r e p r e s e n t e df i r s t l y t h e nt w ob a s i cd y n a m i c a lt i m e - f r e q u e n c y s p a c ea n a l y s i s b a s e do ng a b o rt r a n s f o l i na n d 物y e l e tt r a n s f o r r na n dt h e i ra n a l y z e dr e s u l t su n d e rd i f i e r e n t c o g n i t i v es t a t e sw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l s f i n a l l y , a n o t h e rn e wd y n a m i c a lt i m e f r e q u e n c y s p a c ea n a l y s i sc a l l e dw a v e l e t - c h a o sm e t h o dw a st e n t a t i v e l yp r o p o s e dt om e e tt h en o n l i n e a r i l l 重庆人学博士学位论文 a n dn o n s t a t i o n a r yn a t u r eo f e e g s i g n a l s i nt h ee e g s y n c h r o n i z a t i o na n a l y s i s ，e e gs y n c h r o n i z a t i o nm e t h o d sw e r ei n t r o d u c e d s y s t e m a t i c a l l y , i n c l u d i n gl i n e a rs y n c h r o n i z a t i o n ( c r o s sc o r r e l a t i o na n dc o h e r e n c e ) n o n l i n e a r d y n a m i c sb a s e ds y n c h r o n i z a t i o n ( n o n l i n e a ri n t e r d e p e n d e n c i e s ，s y n c h r o n i z a t i o nl i k e l i h o o d ， a n dc r o s sa p p r o x i m a t ee n t r o p y ) ，a n dp h a s es y n c h r o n i z a t i o n ( h i l b e r tt r a n s f o r mb a s e da n d v e l e tt r a n s f o r i i lb a s e dm e t h o d s ) t h e nc r o s sc o r r e l a t i o n s y n c h r o n i z a t i o n n o n l i n e a r i n t e r d e p e n d e n c i e s ，h i l b e r tt r a n s f o r i f tb a s e dp h a g es y n c h r o n i z a t i o nf o r 旺a n d7b a n d ，c r o s s a p p r o x i m a t ee n t r o p ya n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c sw e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e di nd e t a i l su n d e r d i f f e r e n tc o g n i t i v es t a t e s a n i m p o r t a n tt h e o r e t i ci n i t i a t i v eo f t h i sd i s s e r t a t i o ni st h a tan e w c o n c e ：p to fc o g n i t i v e d y n a m i c ss y s t e m ( c d s ) w a gp r e s e n t e d ，w h i c hp r o v i d e saf r a m e w o r kf o rc o g n i t i v ef u n c t i o n r e s e a l _ c h e s h e r ea l et h l c ec o l ec o n t e n t so f s u c hf r a m e w o r k ：( 1 ) c o g n i t i v e p r o c e s si sr e f l e c t e d b ym et e m p o r a l ，f r e q u e n c y , a n ds p a t i a le v o l u t i o n so fe e gs i g n a l s ；( 2 ) c o g n i t i v ep r o c e s si s r e f l e c t e db yd i 脑r e n tn o n l i n e a ro s c i l l a t i o n sa n dt r a n s i e n t so fe e g s i g n a l s ；( 3 ) c o g n i t i v e p r o c e s si sr e f l e c t e db yt h el i n e a r n o n l i n e a rc o u p l i n ga n ds y n c h r o n i z a t i o no fe e g s i g n a l sa t d i f f e r e n tb r a i n r e g i o n s a n o t h e ri n i t i a t i v ei st h a ta ni c a - b a s e ds p a t i a l t e m p o r a lf i l t e rw a gd e s i g n e df o rd a t a p r o c e s s i n gi nt h en o n l i n e a rd y n a m i c sa n a l y s i s ，w h i c hp r o m i s e sar e l i a b l en o i s er e d u c t i o no n t h ec o n d i t i o no fb r o a db a n df r e q u e n c ya n dh i g hd i m e n s i o n a ls y s t e m ，t h u sm e e t st h eb a s i c r e q u i r e m e n t so f n o n i i n e a re e ga n a l y s i si nt h e o r y a n o t h e ri n i t i a t i v ei st h a tan e wm e t h o dc a l l e dd y n a m i c a l t i m e - f r e q u e n c y s p a c ea n a l y s i s w a s p r e s e n t e d , w h i c hc a no b s e r v et h ee e ge v o l u t i o n sf r o mt i m e - d o m a i n ，f r e q u e n c v - d o m a i n ， a n d s p a c e - d o m a i n s u c hm u l t i - a n g l es c h e m ew i l lo f f e rm o r ei n f o r m a t i o nt h a to f t e nc o n c e a l e d b yt r a d i t i o n a lm e t h o d s n o w , t h i sn e wm e t h o dh a sb e e n a p p l i e dt ot h ed i g i t a le e g a n de e g m a p sp r o d u c tp r o d u c e db yc h e n g d ud i k a n gm e d i c a li n s t r u m e n t sc o r p a n o t h e ri n i t i a t i v ei st h a tw ef o u n dt h a tt h ep e r f o r m a n c e o f yp h a s es y n c h r o n i z a t i o nu n d c r d i f f e r e n tc o g n i t i v es t a t e si ss i m i l a rt ot h a to f p 3 0 0 ，w h i c hi sa l w a y se n h a n c e da tc e n t r a la r e a c o r r e s p o n d i n g w i t ht h ee n h a n c e m e n to f c o g n i t i v e t a s k s i t s u g g e s t s t h a t yp h a s e s y n c h r o n i z a t i o ni sa l s oa ne v e n t - r e l a t e dr e s p o n s e c o m p a r e dw i t hp 3 0 0 。i t sa d v a n t a g ei s e a s i e ro p e r m i o nw h e n r e c o r d i n gd a t a s om a n y o r i g i n a lq u a n t i t a t i v er e s u l t sd e r i v e df r o md i f f e r e n tm e t h o d sw e r eo f f e r e di nt h i s d i s s e r t a t i o n ，w h i c hw i l ld e f i n i t e l yb ear e f e r e n c ef o rt h o s ew h o p l a nt ou n d e r t a k es i m i l a r s t u d i e sa n da na s s i s t a n tf o re l i n i c a la p p l i c a t i o n s k e y w o r d s ：c o g n i t i v ed y n a m i c ss y s t e m ，s p e c t r a la n a l y s i s ，n o n l i n e a rd y n a m i c sa n a l y s i s ， d y n a m i c a lt i m e - f r e q u e n c y - s p a c ea n a l y s i s ，s y n c h r o n i z a t i o na n a l y s i s 芏型笪呈塑塑 一 一一 缩略语 e e g e p e r p c d s e c e o v i a d s l d s 2 0 t 溺 g r p s d c s d s e f m f p p f 5 r a t e r p d 2 l l e ，o r a p e n c a p e n w t d t f s a b r j r r w i w e p s 常用符号说明 英文全称 e l e c t r o e n c e p h a l o g r a m e v o k e dp o t e n t i a l e v e n t - r e l a t e dp o t e n t i a l c o g n i t i v ed y r m r a i c ss y s t e m e y e s c l o s e d e y e so p e n m e n t a la r i t h m e t i c d i g i ts p a n c o n t r a r yd i g i ts p a n o d e n t a t i o n1 色s t v o c a b u l a r y a s s o c i a t i o n g r a p h i cr e a s o n i n g p o w e r s p e c t r a ld e n s i t y c r o s ss p e c t r a ld e n s i t y s p e c t r a le d g ef r e q u e n c y m e d i a nf r e q u e n c y p e a kp o w e rf r e q u e n c y 剐( n + r e l a t i v ep o w e r c o r r e l a t i 0 1 1d i m e n s i o n l a r g e s tl y a p u n o ve x p o n e n t a p p r o x i m a t ee n t r o p y c r o s s a p p r o x i m a t ee n t r o p y w a v e l e tt r a n s f o r m d y n a m i c a lt i m e - f r e q u e n c y s p a c ea n a l y s i s b a n dr e l a t i v ei n t e n s i t yr a t i o r e l a t i v ew a v e l e ti n t e n s i t y w a v e l e te n t r o p y p h a s es y n c h r o n i z a t i o n v 中文全名 ( 自发) 脑电 诱发电位 事件相关电位 认知动力学系统 闭眼 睁眼 心算 数字广度顺背 数字广度逆背 定向力溪4 试 词汇联想 图形推理 功率谱密度 互功率谱密度 频谱边界频率 中频率 峰值频率 5 比率 相对功率 关联维数 最大l y a p u n o v 指数 近似熵 互近似熵 小波变换 动态时一频一空分析 频段相对强度率 相对小波强度 小波熵 相同步 i 绪论 1 绪论 1 1 脑与认知功能 大脑是人体内功能和结构最复杂的器官，它包含上千亿个神经细胞，神经突 触更是达到了1 0 1 4 数量级。作为大脑基本的结构和功能单位的神经元，彼此之间 通过轴突和树突连接起来，形成一个巨大而复杂的神经网络。大脑产生感知觉， 形成意识，进行思维活动和精神活动，其神经网络正是完成这些复杂功能的中枢 和结构基础【l “。 人类大脑能进行复杂的逻辑思维，能产生“自我”意识，能通过口头或书面 进行语言交流等是其他生命体所不能拥有的特殊属性；语言、思维和意识是只有 人类才具有的高级功能。但是，人类为什么能具有这些特性，怎样操作这些属性 等等却始终是个秘，至今无法知晓。多少年来，人们从神经解剖、神经生理、神 经病理、神经免疫、神经生化以及神经影像学等方面进行研究和探索，取得了不 少关于动物大脑和人类大脑的实验数据和研究成果。但大脑就像一个“黑匣子” 样摆在人类面前，它如何能支配人类进行各类思维活动，如何产生各种思想， 如何认知外部世界，它的工作原理是什么却知之甚少。2 0 世纪9 0 年代，神经科学、 心理学、生物医学等领域出现了一场脑研究的热潮，这十年因此被称为“脑的十 年”( d e c a d e o f t h eb r a i n ) i i j 。对大脑的探索，对人类自身的认识是人类永恒的课题 和挑战，其中对大脑认知功能的研究无疑最据吸引力，它是大脑高级功能的最好 体现，是人类区别于其他生物的本质特征之一。 认知过程由感觉、知觉、思维、注意、记忆等组成，它和大脑的高级神经功 能直接有关，因而成为大脑功能研究的重点。从信息论的角度看，大脑的认知过 程是接受信息( 看、听、感觉等) ，提取信息( 记忆等) ，处理信息( 运算、决策 等) ，输出信息( 说、写等) 的过程。从系统论的角度看，这一过程绝对不是单一 和静止的，而是动态的( d y n a m i c a l ) ，演变的( e v o l u t i o n a r y ) ，非线性的( n o n l i n e a r ) ， 和混沌的( c h a o t i c ) 1 1 , 6 ，不同时点、不同脑区、不同频段的工作环路的暂态 ( t r a n s i e n t ) 、同步( s y n c h r o n y ) 、整合( i n t e g r a t i o n ) 等机制构成了个复杂的大脑 认知功能系统【l 7 1 。 1 2 e e g 及其在认知功能研究中的应用 1 2 1 e e g 和e p e r p 的关系 脑电信号是大脑皮层或头皮表面记录到的大脑皮层神经元群突触后电位的总 和。依其产生的机制和特征可以分为自发脑电和诱发脑电两大类：人为地对感官 器官施加刺激( 光的，声的或电的) 引起的脑电位变化称为诱发电位( e p ，e v o k e d 重庆大学博士学位论文 p o t e n t i a l ) ：在没有特定的外加刺激时，神经系统本身自发地产生的电位变化称为 自发脑电( s p o n t a n e o u s p o t e n t i a l ) ，及平常指的e e g 。当然，所谓自发只是相对 的，指的是没有特定外部刺激时的脑电。一般所说的脑电信号都指自发脑电。 自发脑电( e e g ) i l 一叫 自发脑电的特点是无需外加特定刺激，与诱发脑电相比，自发脑电的幅度高。 在整个生命过程中，引起自发脑电图变化的主要因素有年龄、精神活动、意识变 化、体内生化学改变、脑部疾患( 如脑出血、癫痫) 等。这使得脑电图既是一种 生理变化的反应，是一过性、可逆性的：又是病理变化的反应，此时在脑电图上 可以观察到与生理变化完全不同的病理波( 如棘波) 。因此，脑电图在临床上是一 种重要的诊断方法。自发脑电按频率的脑电图组成成分的分类：通常分为6 波( o 4 h z ) ，0 波( 4 8 h z ) ，n 波( 8 1 3 h z ) ，p 波( 1 3 3 0 h z ) ，t 波( 3 0 h z 以上) 等， 但不同分类方法( 如s c h w a b 分类：w a l t e r 分类) 所定义的频段范围略有不同。将 脑电组成成分的振幅、周期、波形、出现方式等特征结合起来的分类( g i b b s 分类) ： 分为小发作变异型、小发作波、高幅慢波、非常慢的波、慢波、低幅快波、快波、 非常快的波、辣波、高幅快波等。按脑电图图型分类：r j u n g 将正常人的脑电图 图型分为4 种：( 1 ) a 型脑电图：a 波占优势，特别是在枕、顶部。占正常脑电图 的大多数；( 2 ) p 型脑电图：由1 4 2 5 次秒，2 0 一3 0 微伏的p 波组成。可见 于全头部，且主要见于额部及中央区，该区波幅亦最高。此型脑电图占6 左右； ( 3 ) 平坦脑电图：见于正常人的1 0 0 , 6 。n 波波幅低( 不超过2 0 微伏) ，出现率也低， 1 3 波波幅亦很低( 不超过l o 微伏) 。也可以混有少数波幅在3 0 微伏以下的0 波。一 般称为低电压脑电图。当快波较多时亦称为去同步化脑电图。( 4 ) 不规则脑电图： 住波不规则，在额部的振幅较高，频率变动范围在8 次秒以上，一般混有少数低 幅e 波。基本节律有时由a 波和8 波组成。 诱发脑电( e p e r p ) b , s l 诱发电位有多种分类方法，为临床实用，般分为两大类：外源性的与感觉 或运动功能有关的刺激相关电位( s r p ) 和内源性的与认知功能有关的事件相关电 位( e r p ) 1 5 1 。 1 ) 外源性刺激相关电位 外源性刺激相关电位按刺激类型和模式分类通常可分为感觉诱发电位和运动 诱发电位。前者是通过露 激感觉器官，在相应的皮层中枢引起的诱发电位，常用 的有听觉诱发电位、视觉诱发电位、躯体感觉诱发电位、嗅觉诱发电位、味觉诱 2 发电位；后者是指受检者在某一部位进行随意活动时，对侧皮层运动区记录到的 电位活动 外源性刺激相关电位按诱发电位的发生源又可分为皮层诱发电位和皮层下电 位。皮层下电位包括脑干电位如听觉诱发电位中的的某些远场电位；皮层诱发电 位又可分为：特异性反应、非特异性反应及顶电位及其他长潜伏期皮层成分。特 异性反应又可分为原发性与继发性特异性反应：原发性特异性反应系刺激特定的 感受器后和神经之后，从相应的原发皮层或一级感觉皮层所获得的反应。其潜伏 期与波幅仅受物理参量影响，很少受意识状态影响，反复刺激，反应波一致，一 般不产生适应性，临床应用价值较大。继发性特异性反应乃由一级原发反应区邻 近的皮层所发生，比原发反应多些附加的继发波形。这些反应经多次刺激后，适 应性产生较快。非特异性反应指不论刺激性质如何，在广泛的皮层区均可获得相 同的反应，易较快产生适应性，并受意识状态的影响，与继发性特异性反应有类 似之处。项电位为记录电极在额、中央的中线部位记录的反应波。各种感觉诱发 电位的顶电位反应形式都相同。 外源性刺激相关电位按记录电极距神经发生源远近来分又可分为近场电位、 远场电位以及远近场混合电位。近场电位意味着记录电极下方就是神经发生源所 在，上述皮层电位、以及脊髓电位均属近场电位。远场电位是由正发生去极化的 细胞膜产生的。电极记录的是这极化运动的前锋经容积传导的电位，而非去极化 和复极化之间直接的电荷流动。 外源性刺激相关电位按刺激速率分则可分为瞬态诱发电位和稳态诱发电位。 瞬态诱发电位的刺激间隔要足够长，待刺激后所要测试的反应完全呈现之后才开 始进行下一次刺激；而稳态诱发电位则是刺激间隔较短，使瞬态诱发电位不能呈 现，而是显示出与刺激具有相同频率的稳定的正弦样谐波或高次谐波。在视觉诱 发电位中，刺激大于5 h z 即可获得稳态诱发电位。 外源性刺激相关电位按刺激时程又可分为较长刺激时程诱发电位和短刺激时 程诱发电位。 外源性刺激相关电位按刺激来源又可分为单侧刺激和双侧刺激a 需要注意的 是双侧刺激记录到的结果并菲两侧分别刺激结果的简单相加，而有侧闻相互影响。 2 ) 内源性事件相关电位( e r p ) 事件相关电位是伴随感觉、认知或运动事件所诱发的大脑电位集合的总称。 从电生理角度看，e r p 是以作业的某种事件( 如刺激或反应) 的时间为基础，将其 前后一定时间段的脑电( e e g ) 进行多次累加平均而得出一连串的脑电位活动。从 心理学角度看，f r p 是一种有心理因素参与的长潜伏期的内源性诱发电位。e r p 各成分除了易受刺激物理特性影响的成分，如p l ，n 1 ，p 2 以外，还有不受刺激物 3 重庆大学博士学位论文 理特性影响的成分，如n 2 ，p 3 ( 或p 3 0 0 ) ，n 4 0 0 。p 3 和认知有密切关系，可以 成为一个“窥视”心理活动的“窗口”，它与背景信息检测、反馈、预测、记忆 搜索、学习、深度加工、概念形成等有关。另个研究得较多的是n 4 0 0 ，它与语 言问题有关。 e r p 和脑诱发电位都是一种诱发电位，即均是通过刺激( 包括听觉、视觉、体 感) 系统，从头皮上记录到一组神经元所发出的电活动。这种电活动是微小的( 大 约几到几十微伏) ，需将脑电背景活动进行多次累加后才能获得。但两者有着实质 性的区别，主要有以下几点d , 5 1 ：( 1 ) 刺激信号：脑诱发电位的刺激是单一信号、 刺激频率快，且反应是被动的强制性的，无需受试者对实验的主动参与；e r p 的 刺激则必须有两种以上的刺激信号组成刺激序列或刺激范型( o d d b a l lp a r a d i g m ) ， 刺激频率相对较慢，各刺激信号之间是随机出现的，并要求被试者对刺激主动反 应。即要求对给出的几种刺激信号进行比较与鉴别后，作出判断( 或反应) 。( 2 ) 潜伏期：脑诱发电位的潜伏期是短( 几毫秒) 和中潜伏期( 几十毫秒) ；e r p 的潜伏 期是长潜伏期( 一百到几百毫秒) 。( 3 ) 心理生理意义：脑诱发电位主要反应感觉 通道、外周神经、脊柱、脑千和丘脑水平的功能，即传导通路的情况。其波形、 潜伏期、幅度与刺激的物理意义有稳定关系，在时间上是锁时的：e r p 与刺激的 物理参量无关，其幅度与潜伏期主要取决于刺激事件所涉及的心理过程，并受作 业要求及被试者的心理状态明显影响，主要反应大脑皮层高级的认知功能状况。 研究者主要观察感知、认知和运动行为的意义，即研究e r p 与大脑认知功能之间 的关系。( 4 ) 被试者的状态：诱发电位与被试者主观唤醒水平无关；e r p 则与被 试者的心理状态、操作策略、努力程度有关。( 5 ) 波形：诱发电位的波形有高度 的个体自身稳定性或可靠性；内源性e r p 受许多内外因素影响。( 6 ) 应用方面： 脑诱发电位为临床提供有关神经系统传导通路障碍的客观信息；e r p 是用于各种 疾病引起的大脑认知功能障碍的评价 自发脑电和诱发脑电的关系 传统