一种信息相关脑电位诱发实验方法技术

本发明专利技术公开了一种信息相关脑电位诱发实验方法，包括：步骤1，使用含有信息的刺激作为偏差，使用听觉材料和视觉材料分别进行了听觉Informational‑Oddball实验和视觉Informational‑Oddball实验。步骤2，将EEG信号分离成相互独立的信号，去除眼电、肌电等伪迹信号后，将留下的信号还原得到干净的EEG成分。步骤3，对EEG数据进行处理后，得到两种类型的诱发电位，使用配对T检验来检验两种诱发电位的差异，若差异显著，则说明，在有信息加工阶段，相关脑区确实发生了电位变化，从而证明IRP的存在。步骤4，用目标刺激的诱发电位减去偏差刺激的诱发电位，提取出IRP。本发明专利技术的有点在于：提出了信息相关脑电位和诱发实验范式，验证了实验的准确性，扩展了传统ERP。

An experimental method of information-related brain potentials

【技术实现步骤摘要】
一种信息相关脑电位诱发实验方法
本专利技术涉及脑科学与类脑智能
，特别涉及一种信息相关脑电位诱发实验方法。
技术介绍
我们的脑是由千亿计的神经细胞相互联结而形成的神经网络，这些细胞通过突触互相连接，建立起彼此之间以百万亿计的人脑神经连接。当大脑活动时，信息在这些神经网络连接之间传递、协同交互，共同实现大脑的复杂功能。脑神经细胞在活动时会伴随电位变化，这些电位变化在头皮表面被检测到，称之为脑电信号(Electroencephalogram，EEG)。学者们通过EEG开始了对人类大脑的探索。脑神经基础生理活动规律研究、认知心理学相关的脑活动规律探索、各种疾病状态下脑功能与认知活动的相关性研究等，使我们开始一步一步解释人体中最复杂的器官---大脑。事件相关电位(event-relatedpotential，ERP)，是研究与认知相关的脑活动规律的常用方法。当外界给予某种特定的刺激，作用于人脑的某一部位，在给予刺激或撤销刺激时，在脑区引起的有规律的电位变化，称之为事件相关电位。ERP是按照时间锁定事件将EEG片段以点对点的方式进行迭加平均而得到的。如图1所示。EEG信号被认为是由诱发电位和自发电位组成的。由于人脑对于相同类型的刺激产生的诱发电位是相似的，自发电位是随机的。那么在相同刺激下，相同ERP波形和随机噪声的试次迭加平均在一起时，噪声就会减少，ERP保持不变，随着次数的增加，噪声就会逐渐消失，只留下纯净的ERP成分。实验范式是ERP研究工作的重要组成部分。经过多年的研究，形成了Oddball、Go-Nogo、stroop等经典范式，同时人们在研究过程中也针对不同的研究问题对经典范式进行变形或提出新型范式。Dimitriadis等人采用标准Oddball听觉实验范式来研究轻度认知障碍，实验分为目标刺激和偏差刺激，目标刺激出现的概率为80％，偏差刺激出现的概率为20％，比较被试对两种刺激的反应来检测MCI。Warren使用视觉Oddball实验发现视觉Oddball实验引发的N2成分的位置是可变的，N2成分出现的位置与当时脑正在进行的任务相关。PatrickD.Gajewski等人设计了一个购物认知实验范式用以研究人们在进行购买决策时的脑活动。他们发现当不正常的购买决策与N2和P3a成分相关，并且会加强CNV。HaifengLi等人使用Stroop实验范式，研究听觉认知冲突，发现存在早期认知冲突控制效应，说明认知控制在早期冲突加工阶段就发挥出重要的调控作用，而不仅仅在冲突信息感知之后才发生作用；并据此提出了一个三阶段认知冲突控制机制模型。ERP自发现至今已有50多年的历史。科学家们发现了与注意力相关、信息感知、分析判断、决策、工作记忆内容更新等一系列认知过程相关联的ERP成分，同时也得出与疾病、老化甚至与智力差异相关联的特征性变化。研究者们逐渐总结出了ERP中的常见成分，如与视觉相关的C1、P1、N1、P2，与听觉相关的ABRs、N1、MMN。这些成分与人们的心理认知活动息息相关。此外研究者们还发现许多与人们心理因素相关的成分。脑对刺激的加工遵循层级加工的的组织原则，即存在初、中、高级脑区组成的加工通路，初级层次分辨频率、音强、音色、亮度、对比度、颜色、单个物体的朝向和运动方向等基本物理属性，中级皮层判别多个物体间的运动关系、场景中物体的空间布局和表面特征、区分前景和背景等，高级皮层则可以对复杂环境下的抽象物体进行识别、对语义进行识别、引导身体不同部位与环境进行交互行为等。我们将这三个阶段分别称之为物理加工阶段、模式加工阶段和信息加工阶段。当前ERP的研究成果多聚集于物理加工阶段和模式加工阶段中，对信息加工阶段的研究较少。尚无法通过事件相关电位的方法来对大脑的信息加工过程进行研究。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种信息相关脑电位诱发实验方法，解决了现有技术中存在的缺陷。为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种信息相关脑电位诱发实验方法，包括：步骤1，使用含有信息的刺激作为偏差，同时将偏差刺激按照物理模式属性划分为基本单元，将基本单元的排列顺序打乱，从而导致刺激所含信息消失但其物理属性和模式属性保持不变。使用听觉材料和视觉材料分别进行了听觉Informational-Oddball实验和视觉Informational-Oddball实验。步骤2，EEG数据处理；首先对脑电信号进行预览，人工剔除较为明显的干扰噪声，以及典型的因被试头部的运动产生的大幅度数据漂移；使用全电极的均值作为参考电极；其次，对脑电信号做1-45Hz的带通滤波，去除市电与电器频率干扰，最后，对脑电信号做ICA分解，将EEG信号分离成相互独立的信号，去除眼电、肌电等伪迹信号后，将留下的信号还原得到干净的EEG成分。在对数据进行预处理后，对于听觉Informational-Oddball实验得到的EEG信号，以语音的结束时间为事件起始点，事件前取200ms，事件后取800ms，对EEG信号进行分段，按照锁时锁相的原则，对EEG片段进行叠加平均，得到听觉通道下标准刺激和偏差刺激的诱发波形。对于视觉Informational-Oddball实验得到的EEG信号，以图片出现时刻作为事件起始点，事件前取200ms，事件后取800ms，对EEG信号进行分段，按照锁时锁相的原则，对EEG片段进行叠加平均，得到视觉通道标准刺激和偏差刺激的诱发波形。步骤3，在对EEG数据进行处理后，得到两种类型的诱发电位，一种是由偏差刺激引发的ERP成分，另一种是由标准刺激引发的诱发电位。其中，标准刺激含有物理属性和模式属性，意味着脑会进行物理加工和模式加工。而偏差刺激除了物理属性和模式属性外，还存在信息属性，这意味着脑在对偏差刺激进行加工时，还会有信息加工阶段。使用配对T检验来检验两种诱发电位的差异，若差异显著，则说明，在有信息加工阶段，相关脑区确实发生了电位变化，从而证明IRP的存在。步骤4，提取IRP；需要用目标刺激的诱发电位减去偏差刺激的诱发电位，即可提取出IRP。假设S1i代表第i个偏差刺激产生的EEG信号，S2i代表第i个标准刺激产生的EEG信号，则平均IRP信号可通过下列公式求得。其中N1代表偏差刺激的总数，N2代表标准刺激的总数。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：提出了信息相关脑电位，并提出了相应的诱发实验范式，并从行为学和统计学上验证了实验的准确性。扩展了传统ERP，将诱发电位应用于脑信息加工的研究中。对神经科学的发展具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例ERP叠加平均示意图；图2是本专利技术实施例Informational-Oddball实验的ERP波形叠加结果图；图3是本专利技术实施例Informational-Oddball实验T检验结果图；图4是本专利技术实施例Informational-Oddball实验的IRP波形图；图5是本专利技术实施例听觉实验刺激材料示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信息相关脑电位诱发实验方法，其特征在于，包括：/n步骤1，使用含有信息的刺激作为偏差，同时将偏差刺激按照物理模式属性划分为基本单元，将基本单元的排列顺序打乱，从而导致刺激所含信息消失但其物理属性和模式属性保持不变；使用听觉材料和视觉材料分别进行了听觉Informational-Oddball实验和视觉Informational-Oddball实验；/n步骤2，EEG数据处理；/n首先对脑电信号进行预览，人工剔除较为明显的干扰噪声，以及典型的因被试头部的运动产生的大幅度数据漂移；使用全电极的均值作为参考电极；其次，对脑电信号做1-45Hz的带通滤波，去除市电与电器频率干扰，最后，对脑电信号做ICA分解，将EEG信号分离成相互独立的信号，去除眼电、肌电等伪迹信号后，将留下的信号还原得到干净的EEG成分；/n在对数据进行预处理后，对于听觉Informational-Oddball实验得到的EEG信号，以语音的结束时间为事件起始点，事件前取200ms，事件后取800ms，对EEG信号进行分段，按照锁时锁相的原则，对EEG片段进行叠加平均，得到听觉通道下标准刺激和偏差刺激的诱发波形；对于视觉Informational-Oddball实验得到的EEG信号，以图片出现时刻作为事件起始点，事件前取200ms，事件后取800ms，对EEG信号进行分段，按照锁时锁相的原则，对EEG片段进行叠加平均，得到视觉通道标准刺激和偏差刺激的诱发波形；/n步骤3，在对EEG数据进行处理后，得到两种类型的诱发电位，一种是由偏差刺激引发的ERP成分，另一种是由标准刺激引发的诱发电位；其中，标准刺激含有物理属性和模式属性，意味着脑会进行物理加工和模式加工；而偏差刺激除了物理属性和模式属性外，还存在信息属性，这意味着脑在对偏差刺激进行加工时，还会有信息加工阶段；使用配对T检验来检验两种诱发电位的差异，若差异显著，则说明，在有信息加工阶段，相关脑区确实发生了电位变化，从而证明IRP的存在；/n步骤4，提取IRP；/n需要用目标刺激的诱发电位减去偏差刺激的诱发电位，即可提取出IRP；/n假设S...

【技术特征摘要】
1.一种信息相关脑电位诱发实验方法，其特征在于，包括：
步骤1，使用含有信息的刺激作为偏差，同时将偏差刺激按照物理模式属性划分为基本单元，将基本单元的排列顺序打乱，从而导致刺激所含信息消失但其物理属性和模式属性保持不变；使用听觉材料和视觉材料分别进行了听觉Informational-Oddball实验和视觉Informational-Oddball实验；
步骤2，EEG数据处理；
首先对脑电信号进行预览，人工剔除较为明显的干扰噪声，以及典型的因被试头部的运动产生的大幅度数据漂移；使用全电极的均值作为参考电极；其次，对脑电信号做1-45Hz的带通滤波，去除市电与电器频率干扰，最后，对脑电信号做ICA分解，将EEG信号分离成相互独立的信号，去除眼电、肌电等伪迹信号后，将留下的信号还原得到干净的EEG成分；
在对数据进行预处理后，对于听觉Informational-Oddball实验得到的EEG信号，以语音的结束时间为事件起始点，事件前取200ms，事件后取800ms，对EEG信号进行分段，按照锁时锁相的原则，对EEG片段进行叠加平均，得到听觉通道下标准刺激和偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，李洪伟，马琳，薄洪健，丰上，徐聪，陈婧，房春英，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23