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基于脑电之轻度认知障碍语言网络损伤研究

发布时间:2020-07-16 21:01 论文编辑:若诗 价格:150 所属栏目:工程论文 TAG: 工程论文范文  工程论文题目  

本文是工程论文,本文利用EEG数据,从行为和神经机制的角度进行事件相关电位和基于皮层的脑功能动态网络构建分析。首先从行为上对比分析了轻度认知障碍患者与认知正常老年人在实验范式

本文是工程论文,本文利用EEG数据,从行为和神经机制的角度进行事件相关电位和基于皮层的脑功能动态网络构建分析。首先从行为上对比分析了轻度认知障碍患者与认知正常老年人在实验范式任务下的反应时和准确率,继而实现了两组被试间在事件相关电位上的差异对比分析;本文的创新之处在于结合事件相关电位分析获取动态时间加工窗口研究基于言语加工的轻度认知障碍患者脑功能动态网络的功能连接和网络属性分析。通过及早发现MCI阶段脑网络的特征性改变进行MCI诊断,对于预防和延缓恶化成痴呆甚至是MCI的康复治疗具有重要的临床意义。本文选取与MCI的临床表现语言障碍相关的认知加工过程并设计与过程相关实验范式采集高密度脑电信号对言语障碍影响言语产生过程的神经机制展开了探索性研究。利用EEG数据,从行为和神经机制的角度进行事件相关电位和基于皮层的脑功能动态网络构建分析,力求揭示脑功能网络损伤影响MCI言语和记忆过程的神经机制。在本研究中,虽然文章中得到初步的结论,但结论有待进一步分析,仍旧有很多需要完善的地方
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第一章引言

 

言语障碍作为MCI的临床表现之一,针对目前MCI导致的语言障碍的神经机制尚不完全清楚,其对言语产生过程影响的神经机制尚不明确的情况,本文对于此问题选取言语产生中与MCI临床表现密切相关的两个认知加工过程进行基础的探索性研究。语言功能损害作为一种进展性受损障碍,在AD阶段发现时基本已经无法干预治疗,为了更好的对AD进行预防干预,对MCI人群进行早期筛查、干预和可能的治疗就显得尤为重要。本文以轻度认知障碍MCI患者和认知正常老年人为研究对象,设计能够敏感反映语言功能的实验任务,利用EGI(ElectricalGeodesics,Inc.)公司的脑电数据采集系统采集MCI患者以及认知正常老年人的EEG数据,从行为、神经机制两个不同的维度展开分析对比差异。根据数据采集设备所记录的行为和高密度脑电信号数据,首先从行为学角度研究了轻度认知障碍患者组和认知正常老年人对照组之间关于实验任务的反应时和准确率的差异性;通过对所采集的高密度脑电数据进行预处理并完成了事件相关电位(Event-RelatedPotential,ERP)的提取

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第二章脑电数据采集

 

2.1脑语言功能网络研究流程设计
本文的主要研究流程包括脑电实验范式的设计和EEG数据的采集及事件相关电位分析及时间信息提取、脑功能网络的构建、脑功能网络的网络属性分析。脑电实验范式的设计和EEG数据的采集具体见本文第二章,该章中将会通过数据采集对象的筛选来参与脑电数据采集认知实验范式相关任务,并在此基础上进行20名认知正常老年人和17名轻度认知障碍患者两个实验范式下的数据采集。EEG数据的预处理以及事件相关电位分析的操作具体见第三章,该章中在ERP提取的基础上将完成认知加工过程中相关成分的时间信息的确定,并在此基础上将从行为学角度和ERP角度实现两组被试间的差异对比分析。基于大脑皮层的脑功能网络构建主要基于锁相值(PLV)的脑功能网络构建,具体见第四章。首先介绍了脑功能网络的构建方法,包括脑网络节点和边的定义以及阈值的选择。在此基础上将介绍基于PLV的皮层脑功能网络的构建流程,并引入了基于复杂网络分析的常用的度量指标以及脑网络的小世界属性。在该章中将重点研究MCI组与认知正常老年组之间脑功能网络的拓扑属性差异,在通过源重构结合时间相关电位分析中提取的时间窗口信息实现基于PLV的皮层脑功能动态网络的构建,并研究相关时间段上的网络拓扑属性差异性的对比仿真分析。

 

2.2脑电信号简介
自EEG发现后的30年间以来,研究人员力图从中提取心理活动信息,以揭示脑的心理功能奥秘,限于当时的科技水平一直收效甚微。而采用刺激诱发脑电的方法研究诱发电位(EvokedPotentials,EP)的工作却不断取得进展。脑的心理活动产生的脑电信号比EEG波幅低,被淹没在自发电位中而难以观察。采用计算机叠加技术可将这种波形信号从自发电位中提取出来,提取出来的信号就是EP。随后越来越多研究表明,除外界刺激可以诱发EP外,心理因素同样可以引起。在这种背景下,1969年HerbVauhan提出了“事件相关电位”一词,为广大学者所接受,沿用至今。

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第三章事件相关电位分析.....................................................................16
3.1数据预处理......................................................................................................16
3.2ERP分析..........................................................................................................18
3.3ERP结果..........................................................................................................19
第四章基于PLV的皮层脑功能网络构建及分析...............................28
4.1脑网络构建......................................................................................................28
4.2基于PLV的动态脑功能网络构建.................................................................30
4.3网络分析常用度量指标..................................................................................32
第五章总结与展望.................................................................................53

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第四章基于PLV的皮层脑功能网络构建及分析

 

4.1脑网络构建
基于不同的大脑连接类型所构建的大脑网络是不同的。基于结构连接所构建的大脑网络为结构性脑网络,是研究大脑功能的生理基础;而基于功能连接的网络属于功能性脑网络[47],功能性脑网络描述的是脑区间一段时间内功能动态活动的交互整合[48]。功能网络连接包括度量神经活动时域内两个或多个不同单元信号间的统计相关性的功能连接以及在时域内信号间因果相互关系的有效连接[49]。本文所构建的脑网络为衡量信号间的统计相互性但没有任何因果信息的功能连接网络。EEG功能脑网络近年来被广泛应用于精神疾病和神经疾病的研究当中。脑网络的构建实质是将复杂的大脑通过节点和边的定义抽象为数学上的图论表示从而结合图论进行理论的相关分析。其构建主要包括3个步骤,分别是节点的定义、边的定义和阈值的选择。通过选择合理脑区作为网络节点并选取合适的度量指标衡量节点间的关联强度,得到关联矩阵后进行阈值化得到二值矩阵,即确定节点间是否有相互作用。

 

4.2基于PLV的动态脑功能网络构建
根据上一章中事件相关电位分析获取的认知加工的成分及时间窗口,选取认知相关的theta和beta频段[51]。根据研究表明,theta频段与大脑的工作记忆过程密切相关而beta频段健康对照组和痴呆患者存在着信息处理上的显著差异。即对每一段时间窗口内的信号采用PLV计算功能连接,从而得到两频段三个动态时间段的高分辨率关联矩阵。对采集的所有被试进行上述操作,分别得到图片命名实验下14名MCI和17名健康被试的五个条件下的关联矩阵以及N-back实验下14名MCI和19名健康被试两任务两记忆负荷下的关联矩阵。在得到所有被试各个条件下的关联矩阵后,对相同任务下各组被试的矩阵求取平均得到各组的平均关联矩阵。本文中计算了各组任务下两频段三时间窗口下共六个平均关联矩阵,随后对这些矩阵进行后续的网络属性分析。

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第五章总结与展望
轻度认知障碍是一种介于正常老化和老年痴呆之间的过渡状态,是阿尔茨海默病的潜在先兆。当MCI发展恶化为老年痴呆时将直接影响患者的记忆、语言和视空间功能,对个人生活自理能力、社会适应能力以及人格情感产生负面影响,不仅严重威胁患者的身体健康和生活质量,而且还给家庭和社会带来巨大负担。因此,MCI阶段作为预防和干预痴呆病程的早期重要阶段,MCI的诊断干预显得尤为重要。言语障碍作为MCI重要的临床表现,与痴呆病程发展密切相关。针对目前MCI导致的言语障碍的神经机制尚不明确的情况,选取与言语障碍密切相关的认知加工过程——词汇准备和工作记忆过程进行实验设计并采集高密度脑电信号进行分析。通过源重构结合PLV实现了基于大脑皮层的脑功能网络构建,采用动态网络仿真对比分析了两组间网络拓扑属性的差异。
参考文献(略)