直播節(jié)選
各位觀眾大家晚上好，我是中科院心理研究所胡理。非常感謝《腦客中國》平臺和中國心理學(xué)會腦電相關(guān)技術(shù)專委會的邀請，能成為《腦客中國》平臺第6位分享心得體會的報(bào)告人，我深感榮幸。
今天我的報(bào)告題目是：腦神經(jīng)振蕩信號特征的挖掘與應(yīng)用。主要從神經(jīng)振蕩信號特征挖掘的方法和應(yīng)用價(jià)值兩個(gè)方面呈現(xiàn)。
人類腦電信號的發(fā)展
人類腦電信號的發(fā)現(xiàn)者是德國科學(xué)家Hans Berger (1873–1941)。1920年，Berger開始從事人類腦電信號的研究。1910年，Berger開始致力于用弦線檢流計(jì)檢測腦電波。1926年，Berger將弦線檢流計(jì)替換成更強(qiáng)大的西門子雙線圈檢流計(jì)（達(dá)到每秒130uV的敏感度），以期得到更為清晰的腦電波圖像。
Berger 在1929年發(fā)布的第一篇報(bào)道中包含了α節(jié)律作為腦電信號的重要部分,在該實(shí)驗(yàn)中，Berger發(fā)現(xiàn)，人類在睜眼和閉眼時(shí)，枕葉區(qū)α波出現(xiàn)明顯變化：睜眼時(shí)α波幅變大，閉眼時(shí)α波幅變小。這是記錄到的最原始的腦電信號。
腦電記錄儀的產(chǎn)生
隨著科學(xué)的發(fā)展的人類文明的進(jìn)步，越來越多關(guān)于腦電記錄的先進(jìn)設(shè)備進(jìn)入公眾視野，比如多導(dǎo)聯(lián)腦電設(shè)備的產(chǎn)生。多導(dǎo)聯(lián)腦電監(jiān)測搭配信號放大器可以通過檢測人類腦電波，得到較為準(zhǔn)確清晰的腦電信號。
每一個(gè)腦電信號，都是時(shí)間序列信號。從圖中我們可以明顯的看到腦電圖的特點(diǎn)：高時(shí)間分辨率和低空間分辨率。當(dāng)然，如果我們只觀察復(fù)雜的腦電原始信號，是很難得到較為準(zhǔn)確的大腦信息的。因此我們需要將原始的腦電信號進(jìn)一步的處理和挖掘，以便于更為直觀的獲取有價(jià)值的腦電信息。
腦電的時(shí)間序列
最開始，人類使用重復(fù)刺激大腦的方式檢測腦電的變化規(guī)律。如在不同的時(shí)間給予相同的刺激，如S1、S2、S3…Sn。通過N個(gè)刺激響應(yīng)信號的平均疊加，就可以得到一個(gè)較為穩(wěn)定的ERP波形。
這種技術(shù)的好處在于：重復(fù)刺激后能誘發(fā)較為穩(wěn)定的波形，而通過多個(gè)信號疊加，可以一定程度上消除背景噪音帶來的影響。技術(shù)原理雖然比較簡單，但目前應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛了。
腦電圖譜的類型
上述提到的腦電信號是一種神經(jīng)振蕩信號，而這種神經(jīng)振蕩信號可以簡單的按照頻率的不同分為以下幾種。一般其頻率變動(dòng)范圍在每秒1-100次之間，即δ波（1－3Hz）、θ波（4－7Hz）、α波（8－13Hz）、β波（14－30Hz）、γ（30-100Hz）。
不同頻帶的信號具有著不同的功能和意義，一般也具有不同的地形圖分布。
在神經(jīng)振蕩信號上，有一位國際知名大牛叫Buzsaki。這位大牛寫了一本書，書中提到，神經(jīng)Oscillation（振蕩）信號時(shí)間尺度上可以達(dá)到微秒級，也可以擴(kuò)展到以小時(shí)計(jì)算。并且除了常見的α、β、θ、γ、δ頻段波形以外，實(shí)際上人類還存在極低頻和極高頻的腦電波段。而目前人類對腦電的認(rèn)識，也只是管中窺豹，更多的腦信號類型需要我們?nèi)ネ诰蚝蜕罹俊?nbsp;
總之，神經(jīng)振蕩信號的應(yīng)用價(jià)值像是一個(gè)金礦，而我們只開采到了冰山一角。
神經(jīng)振蕩信號的調(diào)節(jié)
那么ERP和神經(jīng)振蕩信號在生理上有什么區(qū)別呢？
理想情況下，ERP刺激后，會出現(xiàn)一個(gè)有規(guī)律的、固定的波形。這種波形是在固定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，出現(xiàn)固定的相位波，如高相位90°，低相位就是-90°，這種鎖時(shí)和鎖相的波形，稱為ERP。通過多個(gè)ERP相疊加和平均化，就可得到平均后的ERP波形。
但實(shí)際上，ERP波形在不同的試次并不完全一致，存在潛伏期的差異。而這種若干個(gè)潛伏期存在差異的ERP波形疊加，得到的總幅值要小一些。
除了ERP以外，腦電的變化還可能出現(xiàn)在神經(jīng)振蕩信號中。神經(jīng)振蕩信號是不規(guī)律的幅度大小不一的波形。當(dāng)我們閉上眼睛時(shí)，枕葉區(qū)α波幅值是上升的，我們稱之為事件相關(guān)同步化（ERS）。當(dāng)睜開眼睛時(shí)，α頻帶神經(jīng)振動(dòng)信號幅值下降，稱之為事件相關(guān)去同步化（ERD）。
ERS、ERD與ERP最大的不同在于相位的不定性，這種紊亂的相位導(dǎo)致疊加后出現(xiàn)的平均波形幾乎成為一條直線。因此神經(jīng)振蕩信號是無法通過疊加的方法來獲取有價(jià)值的信息的，它是一種獨(dú)立在ERP特征之外的波形。神經(jīng)振蕩信號需要通過頻譜分析和時(shí)頻分析來優(yōu)化提取。
注：上述內(nèi)容在征得胡理老師同意后，在不改變原意的情況下進(jìn)行的部分文字整理。觀看完整視頻內(nèi)容請掃描下方二維碼。
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