博士后研究工作报告 脑电非线性汾析在认知功能研究和麻醉深度箍测中的应用 第i页 博士艨研究工作报告 脑电非线性分析在认知功能耕究和麻醉深度般测中的应用 薷2页 前言 腦电图aBEG)魁一种无创价格低廉，方便有效并广为临床上使用的检查 手段脑电是大脑神经元兴奋饿和抑制性突触后电位的总体反殃，大脑掰有高 级耱缀功髓活动豹信惠都湮浚予虢毫这个“淀洋大海”之巾作蠢～静蠢接了 解大脑功能状态的手段，它为我们打开了一扇深入研究大脑功能活动的窗户 近年来，非线性科学成为嬲今辩学界最活跃的学科之～目前，它已成功 运愆翻生鑫嚣学豹诲多学秘当审包摇，玉藏瘘学、穆经痪学、薅糖薅掌等浚 及生物医学工程包括生物力学、生物材料、驻疗仪器、医学成像技术及壤复工 程等。利用混沌与汾形理论等非线性动力学原理和方法来研究和分析火脑的功 能活渤状态己缀成为大脑功然研究豹薪热点。 铸统脑电窝分耩手段羟纳麓来鈳分为两犬类：时域疆ime踟髓in)分耩帮频 域(Frequency DoIlIain)分析时域分析表现腑电信号数据随时间变化的规律和 所反映的信息，包括波幅、频率、时程孵態分布和曲线下面积等，童要反映 瑟彀蕊号戆嚣秀羧覆簇蠛分辑表瑗疆毫蕊芍数据蕤蘩率交纯懿麓锋秘茨爱浃 的信息，其核心为基于(快速)傅立叶交换的备频段功率谱估计包括功率谱、 相干替。傅立叶黛换要求信号鼹确定的并且甲稳的而脑电信号中存程着许多 突发静、瓣态豹俊号(如耱波瓮)，这转情况下谱分撰反致较差近年来，小波 分橱、神经网络分拼和菲线往渤力学分拆等群始运用于脑亳信号的分析它们 代表了脑电信号分析方法的未来发展方向。 根据神经生理学脑电的产黛机制按照现有研究成果的理解，很明盥EEG 穰号起源手一令巍發匏龚线缝系统不仅袭审枢耱经系绫繇令分瀑痿次避经发 现许多的反馈环路，而且单个神经元自身也袭现出高度的非线性因素现代科 學研究表明，神缀细胞膜上可以观察到混沌行为；神经放电节律转化遵循分叉 援德；嚣混涟和分叉均矮子菲线健穆学夔范畴峦魏习霓，囂嚣中怠食了大量 菲线髓单元(结祷)活动的信息出巨量神经霓及其突触形成的神经勰络党全有 可能使脑电信号表现出混沌特性。随着系统論和非线性动力学理论的发展现 代科学试为脑电信号是大量神缀细胞的非线性耦合，是～个高度非线性的多单 性动力学分析方法也因此哽广泛地应用于对犬脑功能的基础和临床研究它可 激提供线性分辑不麓获霉豹、蠢关享孛经嚣终殛能戆莛惠。 在众多菲线憔现象中混沌运动显得允为突出。混沌壤论是一门研究非线 性系统的新型学科它的基本观点是：简单确定的非线性系统可以产生简单确 博士麝研究笁作报告 脑电非线性分析在认知功能研究和麻醉深度监溯中的应用 第3萸 定的弦为，也可以产生不稳定的但是有界双的、貌似随机的不确定荇为混沌 是一耱始终袋予霄袋嚣域、载遵容不重复、形态复杂熬运动，兵有黠餐篷稷端 敏感憔、长期不可预测性、分数维数和有奇髀吸引子等特点 裁混沌研究中，数值分析和统计量分析威用较为广泛常见的分析警段包 Correlation (p0主nt啃ise Di聃nsion，P吩、相互维数(粕tualDimension Dm)、李亚普诺夫指数(Lyapunov Peri喇ie 不穩露瘸襄鞔遒(溆stabie orbit，移阳》遣是近笨来{}线燕动力学分 析的～个研究热门研究表明；混沌系统具有非整数的关联维数、至少～个以 上的厩李亞普诺夫指数和正有限傻的测度熵。 麸蕤寡痤矮熬发震寒嚣蛰线经动力学麸瓣年戎秘黪始瘟弱于E嚣G分辑 以来，在短短的20华问得到了j毽猛嘚发展人们从正常生瑷状态、不同犬脑功 能状淼到不同病理状态，进行了许多有意义的研究 磷究表弼：在炭静状态下，闭眼时关联维數比睁眼时低；维数值的降糕 与正常年轻入蠲藤辩大脑嚣帮低维珏活豌@一12拜z)盼增齑肖舒分关系；并且认 为睁眼状态D2增高是因为有视觉信息处理的关系，特别是程枕部明显 认知过程由感觉、知觉、愿维、注意、记忆等组成，落和大脑的离缀神经 囊麓袁接毒关敬蹙掰究大薤蒸鬻功齄潘鐾翡耋煮。孚絮熬骚究嬖栗虽