检索结果-南通市图书馆

作者：邵帅燕山大学

学位级别：硕士

意识状态的评估是神经科学领域和临床实践的一个重要问题。尽管有许多理论被提出用来测量意识状态,例如熵和信息集成理论在全身麻醉深度中的应用研究等,但这些方法往往仅在某一种特定的应用场景下被证明是有效的。因此,为验证不同理论... 详细信息

意识状态的评估是神经科学领域和临床实践的一个重要问题。尽管有许多理论被提出用来测量意识状态,例如熵和信息集成理论在全身麻醉深度中的应用研究等,但这些方法往往仅在某一种特定的应用场景下被证明是有效的。因此,为验证不同理论方法的有效性,意识评估需全面的考虑不同意识状态。意识分为觉醒和觉知两个维度,然而,大多数理论都只从单一的意识维度上去阐述意识的测量,目前并没有研究从两个维度上提出一个系统的框架量化可变的意识。鉴于此,本研究引入清醒、最小意识、麻醉和昏迷4种意识状态,并从意识的觉醒和觉知两个维度来构建意识的评估体系。首先,针对4种不同意识状态的脑电信号时频域对比分析,结果表明,清醒比其他三种意识状态的脑电信号幅值低,而昏迷状态的频谱能量主要集中在低频8Hz以下;其次,从功率谱密度和非线性理论两个角度实现特征提取和统计分析,功率谱密度包括5个子频段,非线性理论包括排序熵、样本熵、排序Lempel-Ziv复杂度和去趋势波动分析,结果显示,排序熵在4种状态之间两两均具有显著差异性,在意识的觉知维度上,以样本熵和排序Lempel-Ziv复杂度作为特征区分效果好,而在意识的觉醒维度上,以gamma频段功率谱密度和排序熵效果好。然后,采用遗传算法优化支持向量机、随机森林和BP神经网络三种机器学习分类算法,将分类模型与特征结合对4种意识状态分类,结果发现,非线性方法组合作为特征的方式分类效果最好,并且与遗传算法优化支持向量机的结合会达到最高的分类准确率,即92.3%。最后,为构建觉醒和觉知的意识双维度评估“量尺”,本文将排序熵、样本熵、排序Lempel-Ziv复杂度和去趋势波动分析作为自变量引入到多元线性回归模型中。研究证明,多元线性回归模型、非线性理论和机器学习结合是评估意识双维度的一种有效方式。

关键词：意识评估觉醒和觉知非线性理论机器学习回归模型

面向意识障碍患者的多模态脑机接口意识评估的研究与实现

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面向意识障碍患者的多模态脑机接口意识评估的研究与实现

作者：孙炜华南理工大学

学位级别：硕士

脑机接口是一种能够不依赖人体外围神经通路,在大脑与外界之间建立交流信道的技术。它通过直接解码受试者的脑电信号,判断受试者的表达意图,使受试者能够利用脑机接口控制体外设备(如机械臂、轮椅)或与其他人进行无障碍交流。除此之外,... 详细信息

脑机接口是一种能够不依赖人体外围神经通路,在大脑与外界之间建立交流信道的技术。它通过直接解码受试者的脑电信号,判断受试者的表达意图,使受试者能够利用脑机接口控制体外设备(如机械臂、轮椅)或与其他人进行无障碍交流。除此之外,脑机接口对医疗健康领域意义重大。它的意义不仅在于能够帮助一些重度残疾或瘫痪的患者再度具备运动或交流能力,也在于能够辅助患者进行预后康复,更在于辅助临床医生对患者进行病情诊断。本课题旨在面向意识障碍患者研究并设计实现一套多模态脑机接口系统,将其应用于意识障碍患者的临床意识评估。首先,为了解决传统的唤名识别范式不适用于听觉功能受损的意识障碍患者群体这一现实问题,本课题提出融合了快速序列视觉呈现(rapid serial visual presentation,RSVP)的唤名识别范式,能够从多感官上刺激受试者,弥补了听觉功能受损的患者无法使用唤名范式的缺陷。此外,我们基于该范式设计的意识评估系统能够实时采集、分析受试者的脑电数据,自动进行数据预处理、特征提取和分类,在线反馈实验结果,已在临床上应用于意识障碍患者的意识评估。该范式藉由同步出现的受试者照片和受试者唤名,从视、听觉多感官刺激诱发并增强受试者产生的P300等事件相关电位(event-related potential,ERP)。系统对采集的脑电信号进行预处理、特征提取和分类,并输出预测结果。该结果可以作为评估健康受试者或意识障碍患者对命令遵循任务完成情况的指标,并辅助临床医生诊断患者的意识状态。其次,为了探索新的评估意识障碍患者的认知功能和隐蔽意识的方法,本课题研究了基于P300和ASSR(auditory steady-state response,听性稳态反应)的多模态脑机接口范式,该范式通过时空一致的按键闪烁和声音刺激诱发受试者产生P300、ASSR等事件相关电位。我们在设计的在线实验中使用SVM、CCA和提出的融合决策算法进行二分类任务;在离线实验中我们提取并融合原始脑电数据的时域特征(如:P100、P300等)和频域特征(如:微分熵),然后将其输入到卷积神经网络中提取更深层的特征,最后我们使用原型网络基于度量方法预测未知样本的类别。此外,我们还对健康受试者和意识障碍患者的脑电数据进行了时频分析和比较,多方位分析受试者的脑电数据。最后,本课题基于Qt设计并搭建了一套意识评估脑机接口系统。该系统主要包含六个功能模块,分别为数据传输模块、意识评估模块、信号分类模块、结果反馈模块、刺激管理模块,以及辅助模块。该系统实现了脑电数据传输与管理、意识评估范式实验、刺激素材管理与刺激序列设置和指导语切换等功能,可用于对受试者进行意识评估实验。

关键词：多模态脑机接口意识障碍意识评估事件相关电位

联合量化EEG指标和P300反应对意识障碍患者意识评估的研究

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联合量化EEG指标和P300反应对意识障碍患者意识评估的研究

作者：林俊宇华南理工大学

学位级别：硕士

意识障碍是临床上常见的疾病,多是由脑部高级神经中枢功能活动受损所引起。目前国内外对意识障碍患者的诊断和预后预测主要是依靠临床上的行为学量表和医生的经验,带有较强的主观性,误诊率较高。脑机接口作为一种新兴的技术,在意识障碍... 详细信息

意识障碍是临床上常见的疾病,多是由脑部高级神经中枢功能活动受损所引起。目前国内外对意识障碍患者的诊断和预后预测主要是依靠临床上的行为学量表和医生的经验,带有较强的主观性,误诊率较高。脑机接口作为一种新兴的技术,在意识障碍研究领域上主要使用脑电信号进行研究,为意识障碍患者的临床诊断和预后评估提供一种更加客观可靠的参考。本文从意识障碍患者意识评估的目的和意义、国内外的研究现状出发,以脑电信号的特点为基础,从静息态脑电信号和任务态脑电信号两个方面,探索不同的指标参数与意识障碍患者的意识水平之间的关系。所做的主要工作与创新点如下:(1)采集了13名意识障碍患者与5名健康受试者的静息态脑电数据,从脑电信号频域角度,对比分析健康受试者和意识障碍患者之间不同节律的相对能量比的差异;从非线性动力学的角度,对比分析健康受试者和意识障碍患者之间近似熵和样本熵的差异,发现这几个量化指标在健康受试者与意识障碍患者之间均具有显著差异,接着通过分析不同的量化指标与患者的行为学量表得分之间的联系,得出意识障碍患者静息态脑电数据的不同节律特别是delta频段的相对能量比以及样本熵能够为患者的意识评估提供有效参考的结论。(2)设计基于照片识别的P300脑机接口范式,诱发受试者的P300电位,提出基于批量归一化的卷积神经网络用于检测脑电信号中的P300成分,通过5名健康受试者的实验验证了该研究方法的合理有效性,接着通过对13名意识障碍患者实验得到各自的P300检测准确率,经过分析探究其与行为学量表得分之间的联系得出意识障碍患者的P300检测准确率能够为其意识评估提供有效参考的结论。(3)最后,在上述成果的基础上,设计并实现了一个基于Qt的意识障碍患者意识评估系统。包含了数据连接、信息管理、数据采集和意识评估四个模块。实现了包括数据采集、范式界面显示、数据信息管理、脑电数据分析和报告生成等功能,能够在临床上为意识障碍患者的意识评估提供一定的参考价值。

关键词：意识障碍脑机接口 P300 意识评估

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近反射对持续性意识障碍患者的分类诊断价值

近反射对持续性意识障碍患者的分类诊断价值

作者：曾文韬杭州师范大学

学位级别：硕士

背景:持续性意识障碍(prolonged Disorders of Consciousness,pDOC)包括无反应觉醒综合症(Unresponsive Wakefulness Syndrome,UWS)及最小意识状态(Minimally Conscious State,MCS)。前者意识完全丧失,而后者保留了意识功能。现行的pDOC分类诊断金标准:行为学意识评估依赖患者的随意运动能力和检测者的主观判断,影响了其诊断准确性。近反射中的瞳孔反应是一种由注视近物引发的经典平滑肌反应,因而与随意运动无关。以往研究表明近反射的产生可能和主动注意有关,而主动注意是一种随意自主的有意识活动。目的:本研究旨在对近反射与主动注意的关系以及近反射对pDOC患者的分类诊断价值进行探究。方法:通过引入两种指令:指令A(注视刺激物)和指令B(保持视线,忽略刺激物),我们在健康被试中对其主动注意进行操控以探究近反射和主动注意的关系。对于pDOC患者,我们以为期一周的重复修订版昏迷恢复量表(Coma Recovery Scale-Revised,CRS-R)评估其基础意识状态并与其近反射产生情况及静息脑电全脑相对α功率进行对照,以评估近反射对pDOC患者的分类诊断价值。结果:本研究共入组20名健康被试,20名pDOC患者(4 EMCS,8 MCS,8 UWS)。本研究中的pDOC患者包括脱离最小意识状态(Emergence from Minimally Conscious State,EMCS)。这是一种意识水平较高的后DOC状态。全部20名健康被试都在指令A下出现了近反射,指令B下所有被试近反射皆为阴性(p?0.05)。11(11/12,92%)名MCS/EMCS患者和3(3/8,38%)名UWS患者在实验中出现了近反射。近反射对pDOC患者的分类诊断敏感性为92%,特异性为63%。近反射阳性UWS患者的全脑相对α功率(0.1558±0.01)显著高于近反射阴性UWS患者(0.1165±0.02)(p=0.036)而与MCS/EMCS患者(0.1558±0.02)无显著差异(p=0.734)。结论:主动注意是近反射产生的必要条件,近反射是一项极具潜力的pDOC行为意识指标。

关键词：近反射主动注意持续性意识障碍意识评估分类诊断