脑电信号小波相关与互信息浅析

研究认知过程与脑电活动具有重要的实际科学意义，受到越来越多研究职员的留意，已成为当今研究的一个热门。神经系统的基本功能是信息的传递、处理和存储，所有高级神经功能都是以各级神经元细胞内及细胞外的生化和电生理活动为基础。大脑内部的信息传递是以生物电的形式存在。无论是头皮脑电还是皮层微电极采集的脑电信号都是大量细胞级电活动的总和，脑电信号包含了丰富的神经生理信息。认知刺激将直接改变神经细胞的电生理活动基础，这种变化会反映到脑电信号上。因此通过对脑电信号的分析，可以提取出反映不同认知条件下的特征变化情况。对于研究不同认知条件下的大脑内部生理的变化有重要意义。本文从相关分析开始，针对脑电信号的非线性特性，提出了一种良好的脑电的时变相关分析。这种方法对脑电分析的时频分辨率问题得到了很好的解决。我们采用了基于连续小波变换的相关分析方法来分析不同脑区之间的脑电数据的相互关系。时变小波幅度谱提供了不同时段相关的程度的定量分析，而相位则揭示了不同脑区之间信息交换的方向问题。此外，本文还研究了儿童进行中英文句法判别过程中的不同脑区之间脑电数据的相关情况。脑电数据是基于一个中英文句子的辨识的认知过程而采集。从我们的研究结果可以初步看出在中文和英文句子辨识过程中大脑通讯模式有明显的区别。另外，我们还尝试采用脑电信号的信息量变化以及大脑皮层不同部位间的信息传递来反映认知过程中的脑的功能和生理状态变化。为了描述大脑皮层及大脑内部相关性，我们研究了基于自适应单元分区的互信息分析方法，并对句子识别认知任务下采集的脑电信号做了分析。结果表明在中文和英文句子识别中大脑不同区域之间的信息交换有明显的区别。最后，我们采用脑电彩色地形图的方式对我们的研究结果进行展示。本论文研究结果表明：小波相关和互信息分析可能成为认知脑电的分析一个新的方向；大脑在进行中英文句法辨识的过程中不同脑区之间信息传递方式有明显的不同。这将对中国学生进行中英文双语教学的教育研究起到积极的作用。【关键词】：脑电信号相关分析小波变换互信息认知分析
【论文提纲】：摘要2-3Abstract3-4目录4-5第一章概述5-151.1引言5-81.2认知脑电信号分析现状8-121.3论文的目的和意义12-131.4论文的主要研究内容13-15第二章小波理论和小波相关15-322.1脑电产生机理15-202.2小波理论背景20-302.3小波相关30-32第三章脑电的小波相关分析32-383.1实验数据采集背景32-343.2相关分析34-38第四章互信息分析38-464.1互信息理论背景38-404.2互信息的计算40-424.3测试信号的互信息分析42-444.4脑电数据的互信息分析44-46第五章总结与展望46-495.1本文研究总结46-475.2课题研究展望47-49致谢49-50参考文献50-55