脑电信号的高阶奇异谱分析

奇异谱分析是脑电信号分析的一种新方法,脑电信号的奇异谱可以反映脑电的特征,它有助于研究大脑的动力学行为。奇异谱分析方法是基于二阶统计的方法,反映的是信号时间上和空间上的一种线性相关关系。而脑电信号属于非线性信号,其内在的非线性关系很难通过奇异谱得到真实的反映,从而会丢失某些有用的信息。提出一种新的基于高阶统计的脑电奇异谱分析方法,并将其运用于正常脑电和癫痫患者的脑电分析中。大量的实测信号样本仿真实验结果表明,正常脑电和癫痫脑电的奇异谱有明显的不同。此外,基于高阶统计的奇异谱和基于二阶统计的奇异谱相比更能反映出信号的细节。     

家鸽不同状态下脑电节律特异性分析

人类大脑神经电活动的不同节律与不同的状态有关,而其他物种如鸟类不同状态下脑信号的节律特异性尚不明确。本文通过分析家鸽(Columbaliviadomestica)在麻醉昏迷、清醒安静、自由探索三种典型状态下的局部场电位(LFP)信号,研究家鸽不同意识状态下神经电活动的节律特异性。首先采集不同状态下的LFP信号,提取δ(1～4 Hz)、θ(4～8 Hz)、α(8～12 Hz)、β(15～30 Hz)、γ(30～60 Hz)五个节律;然后使用小波变换进行时频分析,通过统计时频图的定性观察和小波能量的统计分析,使用Friedman检验进行统计假设检验,研究各状态不同节律的特异性,并基于样本熵分析信号复杂度,探索产生这种节律特异性的可能原因。结果表明,随着意识越来越清晰,较低频的δ、θ、α节律受到明显抑制(P 0.001),而较高频的γ节律活动明显增强(P 0.001);样本熵的分析表明,这可能是由于节律频带越高,信号样本熵越大,对应了从麻醉、清醒到自由探索意识清晰程度的提高。家鸽不同状态下神经电活动节律特异性的研究,有助于增进对不同物种脑信号节律编码机制的理解。     

无线神经遥测技术在阿尔茨海默病转基因小鼠恐惧学习记忆活动中的应用——海马Theta节律观察

APP/PS1/tau三转基因(3xTg)小鼠是国际公认的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)动物模型,其6月龄时即可表现出与海马相关的认知活动障碍及电生理指标异常,但同步记录AD小鼠行为学和脑电活动的研究仍鲜有报道。近年来,无线遥测技术的发展为同步记录小动物行为和脑电活动创造了条件。本研究利用无线神经遥测技术,结合行为学检测手段,同步记录了3xTg AD小鼠在恐惧记忆活动过程中的行为学表现和海马Theta节律变化,以期揭示AD时认知功能障碍与Theta节律的关系。结果显示:(1)恐惧学习训练阶段,3xTg小鼠与野生型(wild type, WT)小鼠相比,行为学和脑电活动均无明显差异;(2)记忆检测阶段,3xTg小鼠因条件刺激(conditioning stimulus, CS)引起的僵直比率显著低于WT小鼠;(3)条件刺激前(Pre-CS)与CS期间3xTg小鼠海马Theta节律的峰值功率均明显低于WT小鼠;(4) CS可有效提高WT小鼠海马CA1区Theta节律的峰值频率,而这一刺激对3xTg小鼠无效。以上结果表明,3xTg小鼠在认知行为障碍即恐惧学习记忆能力下降的同时,伴有海马CA1区Theta节律的发放频率与发放功率降低。据此推测,Theta节律活动的衰减与3xTg小鼠恐惧记忆行为障碍有关,增强海马Theta节律可能有助于认知行为的改善。     

睡眠2期脑电信号产生的生理机制模型仿真研究

目前慢波睡眠生理机制研究已有的理论及动物实验结果显示,慢波睡眠中,皮层-丘脑系统神经元存在三种不同节律的振荡:慢振荡(<1 HZ)、δ振荡(1-4Hz)和纺锤振荡(7-14Hz)。这些神经元电活动在皮层水平广泛同步化,产生慢波睡眠脑电。提出了能分别产生这三种节律的三种神经元环路模型,并将之组合简化成一个七细胞环路模型。由这样的大量环路组成的网络模型在合适的突触连接参数范围内,能在皮层处产生人类慢波睡眠脑电2期的完整波形。这一结果说明了如何将动物实验观察到的睡眠生理机制的结果与人自然睡眠活动的脑电结果联系起来,并提示脑信息处理中由微观神经元群放电特征整合为脑的宏观功能状态的主要环节。     

核磁共振检测大鼠早期癫痫源性脑损伤的动态发展特征

为探讨癫痫源性脑损伤形成早期不同脑区病理改变和行为发作的动态发展特征 ,本研究对大鼠右背侧海马 (hippocampus,HPC)施加慢性强直电刺激 (6 0Hz,2s,0 .4～ 0 .6mA)诱发癫痫发作 ,1次 /d。每天记录大鼠原发性湿狗样抖动 (wetdogshakes,WEDS)频率 ,分别对大鼠施加电刺激 2、4、6、8和 10d后进行核磁共振成像 (T2 weightedmagneticresonanceimage ,T2 WI)检测 ,并对鼠脑进行了组织学切片鉴定。结果表明 :与空白对照组相比较 ,(1)施加 2d强直电刺激时 ,大鼠双侧背部侧脑室 (lateralventricle,LV)区域呈现对称性T2 WI信号绝对值增加 (n =4,左侧P =0 .0 0 18;右侧P =0 .0 0 10 ) ;施加 6d强直电刺激时 ,大鼠呈现植入电极对侧中、腹部LV区域T2 WI信号值增加 (n =5 ,P =0 .0 0 73;P =0 .0 2 49) ;施加 8d强直电刺激后 ,大鼠仅出现植入电极对侧腹部LV区域T2 WI信号值增加 (n =3,P =0 .0 34 0 ) ;施加 10d强直电刺激后 ,大鼠植入电极同侧腹部LV区域T2 WI信号值增加 (n =4,P =0 .0 10 7) ;(2 )随着强直电刺激天数增加 ,大鼠原发性WEDS频率高峰期出现在第 4个刺激日 ,然后WEDS频率下降 ,与T2 WI信号强度增加之间呈高度负相关关系 (相关系数r =- 0 .987,P <0 .0 2 ) ;(3)组织学切片鉴定 :T2 WI检测LV信号异     

不同思维作业电信号的高准确度模式分类

本文采用独立分量(ICA)分析对不同思维作业的脑电(EEG)信号进行预处理,再用自回归(AR)参数模型提取EEG信号特征,最后利用BP网络完成对特征样本集的训练和分类。实验结果表明,所采用的方法提高了脑电思维模式作业的准确度,对两种到五种不同思维作业未经训练的数据的平均分类准确度达到79％以上,超过现有文献报道的结果。     

中脑多巴胺能神经元与鸣禽鸣唱行为

多巴胺(DA)与鸣禽的鸣唱行为密切相关.多巴胺能神经元主要分布于中脑VTA和SNc以及PAG,它们投射到前端脑鸣唱控制核团,调节鸣唱的学习和产生.研究表明,环境的改变会影响成鸟的鸣唱产生和幼鸟的鸣唱学习,而这种环境依赖性的鸣唱行为变化是由中脑内多巴胺能神经元的活动来介导的.本文重点介绍了近年来有关中脑多巴胺能神经元活动与鸣唱行为关系的研究进展.     

吗啡依赖位置偏爱大鼠穿梭状态下内侧前额皮层的脑电特征

目的:研究吗啡依赖位置偏爱大鼠穿梭状态下内侧前额皮层(m PFC)脑电特征与觅药行为的相关性。方法:将40只大鼠随机分为4组(n=10):吗啡PL组、盐水PL组、吗啡IL组、盐水IL组。采用脑立体定位术在各组大鼠m PFC的边缘前区(PL区)或边缘下区(IL区)埋置电极,建立吗啡依赖条件性位置偏爱(CPP)大鼠模型,遥测分析各组大鼠建模前后穿梭时m PFC脑电各波百分比的差异。结果:吗啡PL组和IL组大鼠建模后戒断症状明显,在白箱活动时间和路程明显增加。吗啡PL组大鼠建模后与对照组相比,向白箱穿梭时,脑电δ波比例明显减少,β波比例明显增加;向黑箱穿梭时,上述脑波出现相反的改变。吗啡IL组大鼠建模后与对照组比较,向白箱穿梭时,脑电δ波比例明显增加,β波及α波比例明显减少;向黑箱穿梭时,各脑波比例与对照组相比无明显差异。结论:吗啡CPP大鼠穿梭状态下m PFC的PL区和IL区脑电改变不同,且向伴药箱穿梭与非伴药箱穿梭发生的脑电变化也不同,提示不同觅药环境线索在m PFC不同脑区产生的脑电改变可能存在不同机制。     

乙酰胆碱对大鼠丘脑束旁核和中脑网状结构痛反应神经元电活动的影响

在54只大鼠上,用两支微电极同时记录神经元放电的方法,研究了脑室注射乙酰胆碱(ACh)对丘脑束旁核(Pf)和中脑网状结构(RF)痛反应神经元电活动的影响。结果表明,当脑内ACh含量增加时,Pf和RF中两个痛兴奋神经元(PEN)的电活动同时减弱,两个痛抑制神经元(PIN)的电活动同时加强,Pf中一个PEN电活动减弱的同时RF中一个PIN电活动加强,或者相反。阿托品可以阻断ACh的上述作用。这提示,ACh对不同中枢痛反应神经元的电活动的影响是通过M胆碱能受体而实现的。     

基于脑电四阶累积量的运动意识分类研究

提出了基于四阶累积量为脑电特征的意识任务分类思想.对被测试者想象左右手运动时的脑电归一化四阶累积量（峭度）及其动态变化情况进行了研究.结果表明,归一化四阶累积量能较好地反映左右手运动想象的脑电特征变化.在此基础上,进行了基于脑电四阶累积量的左右手运动意识识别和分类研究,实验结果表明,正确识别率能达到87.5%.由于四阶累积量的计算比较简单,而且可在线计算,因此可以认为,基于脑电四阶累积量为特征的运动意识分类及其在脑机接口技术中的应用,具有较高的实际应用价值.