摘 要
本文研究了基于同步矩阵的多通道脑电功能连接分析方法，旨在揭示脑区之间的功能联系。首先，介绍了脑电信号的产生和特点，以及功能连接分析的概念和方法。其次，详细讨论了多通道脑电数据的采集和预处理流程，包括噪声和伪迹信号的去除，通道选择和脑电电极布局。然后，探讨了同步矩阵的构建方法和特征提取技术，提出了基于同步矩阵的功能连接分析方法。在实验设计与结果分析部分，我们采集了多通道脑电数据，并对其进行了功能连接分析。通过对实验结果的分析和讨论，验证了该方法的有效性和可行性。最后，展示了基于多通道脑电功能连接分析的应用案例，并对研究的局限性和改进方向进行了讨论。本研究为揭示脑区功能联系提供了一种新的方法，为神经科学和临床研究提供了有益的工具。
关键词：多通道脑电；功能连接分析；同步矩阵；数据预处理；脑区之间的功能联系。
Abstract
Synchronization phenomenon widely exists in the brain, which is a comprehensive reflection of the information transmission and interaction in the brain. Through the analysis of the synchronization characteristics of different brain regions, we can reveal the relationship between different brain regions.On the basis of mutual information method, a series of probabilities are obtained by using the trend information in the signal, and then a trend mutual information algorithm with weight is constructed.On this basis, a similarity analysis method based on similarity analysis is proposed. This method uses similarity analysis and similarity analysis method to realize similarity analysis.At the same time, this project will also explore the internal relationship between EEG synchronization through the analysis of EEG synchronization characteristics.In order to explore the functional connection characteristics of multi-channel EEG data, the method based on synchronization matrix was used to analyze the functional connection between the collected EEG signals.It has been found that there are multiple synchronous directions and significant functional connections in EEG signals.In order to verify the functional connectivity characteristics, the energy, correlation and complexity of multi-channel EEG functions were analyzed by independent component analysis. It was found that the functional connectivity characteristics based on synchronization matrix can describe the functional connectivity between multiple channels well.The results show that the method based on synchronization matrix is extremely effective.
Keywords: synchronization matrix; Multi channel; EEG function
目 录
摘 要
Abstract
目 录
1绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的
1.3 研究意义
1.4 研究内容
第二章 脑电信号和功能连接分析简介
2.1 脑电信号的产生和特点
2.2 功能连接分析的概念和方法
2.3 脑电数据采集系统的介绍
2.4 数据预处理流程
2.5 去除噪声和伪迹信号
2.6 通道选择和脑电电极布局
第三章 同步矩阵的构建和特征提取
3.1 同步矩阵的定义和性质
3.2 同步矩阵的构建方法
3.3 同步矩阵特征的提取方法
3.4 功能连接的定义和测量指标
3.5 基于同步矩阵的功能连接分析方法
3.6 多通道脑电功能连接分析流程
4 实验设计与结果分析
4.1 实验设计和数据采集
4.2 结果分析和讨论
4.3 结果验证与对比分析
5 结论
参考文献
致谢
第一章 绪论
1.1 研究背景
脑电（Electroencephalography, EEG）是一种记录脑部活动的非侵入性方法，通过测量头皮上的电位变化来反映脑内神经元的电活动。脑电信号具有高时序分辨率和较低成本的优势，因此在神经科学研究和临床应用中得到广泛使用。
随着技术的发展，脑电记录变得更加便捷和精确，导致获取到的数据规模和复杂性不断增加。传统的单通道脑电分析方法主要关注单个脑区的活动，无法全面了解脑区之间的功能联系。然而，人脑是一个高度连接的网络，脑区之间的功能联系对于理解脑功能和疾病诊断具有重要意义。
因此，基于多通道脑电数据的功能连接分析成为当前研究的热点之一。功能连接分析旨在研究脑区之间的相互作用和信息传递，通过量化脑区之间的功能联系，可以揭示脑网络的组织结构、认知过程和疾病机制等方面的信息。
然而，多通道脑电数据的复杂性和高维度特征使得功能连接分析具有一定的挑战性。目前，基于同步矩阵的方法被广泛应用于多通道脑电的功能连接分析，通过构建脑电信号的同步矩阵，并提取其中的特征，可以实现对脑区之间功能联系的量化和分析。
因此，本研究旨在基于同步矩阵的多通道脑电功能连接分析方法，提供一种新的途径来研究脑区之间的功能联系，为神经科学研究和临床诊断提供有益的工具。
1.2 研究目的
本研究的主要目的是开发一种基于同步矩阵的多通道脑电功能连接分析方法，旨在揭示脑区之间的功能联系。具体而言，本研究的目标包括以下几个方面：
开发脑电数据的采集和预处理流程：设计并实现一个可靠的多通道脑电数据采集系统，确保高质量的数据获取。同时，针对多通道脑电数据的特点，开发适用的预处理方法，包括噪声和伪迹信号的去除、通道选择和脑电电极布局的优化。
构建同步矩阵并提取特征：基于多通道脑电数据，构建脑电信号的同步矩阵，将脑区之间的相互关系转化为图结构表示。然后，提取同步矩阵中的特征，用于量化脑区之间的功能连接强度和模式。
实现多通道脑电功能连接分析方法：基于同步矩阵和特征提取结果，开发一种有效的多通道脑电功能连接分析方法，能够综合考虑脑区之间的连接强度、拓扑结构和动态变化等信息，以实现全面的功能连接分析。
进行实验验证和结果分析：采集真实的多通道脑电数据，应用所开发的功能连接分析方法进行实验验证。通过对实验结果的统计和分析，评估该方法的准确性、可靠性和有效性，并与现有的方法进行对比和验证。
1.3 研究意义
本研究的多通道脑电功能连接分析方法具有以下重要的研究意义：
深入理解脑区之间的功能联系：功能连接分析是研究脑区之间相互作用和信息传递的重要方法。通过揭示脑区之间的功能连接强度和模式，可以更好地理解脑功能的组织结构和信息传递机制，从而推动神经科学的发展。
丰富脑网络研究的方法学：传统的脑网络研究方法主要依赖于功能磁共振成像等技术，而基于多通道脑电的功能连接分析方法为研究者提供了一种新的途径。这种方法具有高时序分辨率、较低成本和易于实施等优势，可以为脑网络研究提供更多选择和可能性。
提供脑功能评估的新指标：功能连接分析方法可以量化脑区之间的功能连接强度和模式，为脑功能评估提供新的指标。这些指标可以用于评估脑疾病的诊断和治疗效果，对临床研究和个体化医疗具有重要意义。
促进脑机接口技术的发展：多通道脑电功能连接分析方法对于脑机接口技术的发展具有重要推动作用。通过揭示脑区之间的功能联系，可以实现脑机接口系统的精准控制和反馈，为神经康复和辅助通信等领域提供新的解决方案。
拓展跨学科研究的桥梁：多通道脑电功能连接分析方法融合了电子信息工程、神经科学、计算机科学等多个学科的知识和技术。该研究为不同领域的研究者提供了交叉学科研究的桥梁，促进了学科之间的合作与交流。
1.4 研究内容
多通道脑电数据采集与预处理：设计和实现一个可靠的多通道脑电数据采集系统，确保高质量的数据获取。同时，开发适用的数据预处理流程，包括噪声和伪迹信号的去除、通道选择和脑电电极布局的优化，以提高数据的准确性和可靠性。
同步矩阵的构建和特征提取：基于多通道脑电数据，构建脑电信号的同步矩阵。同步矩阵是一种表示脑区之间相互关系的图结构，其中节点表示脑区，边表示脑区之间的同步程度。进一步，从同步矩阵中提取特征，如节点度中心性、聚类系数等，以量化脑区之间的功能连接强度和模式。
多通道脑电功能连接分析方法的开发：基于同步矩阵和特征提取结果，开发一种有效的多通道脑电功能连接分析方法。该方法将综合考虑脑区之间的连接强度、拓扑结构和动态变化等信息，以实现全面的功能连接分析。方法的开发将涉及算法设计、编程实现和性能优化等方面。
实验设计与结果分析：设计并进行多通道脑电实验，采集真实的脑电数据。将所开发的多通道脑电功能连接分析方法应用于实验数据，并进行结果统计和分析。通过对结果的解释和讨论，评估该方法的准确性、可靠性和有效性，并与现有的方法进行对比和验证。
应用案例与展望：展示基于多通道脑电功能连接分析的应用案例，如脑功能定位、脑疾病诊断和脑机接口等领域。同时，讨论研究的局限性和改进方向，提出未来研究的展望，为相关领域的研究者提供参考和启示。
