目的:基于时变频谱相干研究工作记忆过程中海马（HPC）和前额叶皮层（PFC）局部场电位的同步特征模式，为研究工作记忆的信息处理机制提供支持。方法:采集6只SD大鼠在执行Y迷宫空间工作记忆任务过程中的腹侧海马（vHPC）和内侧前额叶皮层（mPFC）的局部场电位（LFPs）信号，应用短时傅里叶变换（STFT）计算vHPC和mPFC LFPs的时频分布，确定工作记忆的特征频段，进而基于时变频谱相干研究vHPC和mPFC LFPs特征频段的同步特征模式，最后应用支持向量机探索应用频谱相干值预测工作记忆的可行性。结果:大鼠正确执行工作记忆时，HPC和PFC的theta频段（4~12 Hz）能量均增加（均 P<0.01），且HPC-PFC theta频段的频谱相干值增加（ P<0.05）。以正确和错误执行工作记忆时的平均频谱相干峰值和峰值与起始点的差值作为特征，进行支持向量机的训练和预测，准确率达89%，精确率达90%，召回率为88%，F1分数为88%，与随机打乱标签数据重排结果相比差异均有统计学意义（均 P<0.05）。 结论:HPC-PFC theta频段的同步协同是正确执行工作记忆时信息处理的潜在机制之一。

心脏搏动和血液流动产生的心音反映了心脏的健康情况,使得心音信号分析具有广阔的应用前景.本文综述心音的产生机理、心音的采集部件、心音信号的处理步骤及心音信号特征提取技术,包括短时傅里叶变换、小波变换、Wigner-Ville分布、Hilbert-Huang变换、Choi-Williams分布及人工神经网络等,为今后的临床研究提供有用信息.

目的:研究焦虑环境对大鼠内侧前额叶皮层局部场电位(LFPs)功能连接的影响.方法:应用清醒动物在体植入微电极阵列记录技术,分别记录8只成年SD大鼠在熟悉环境和高架十字迷宫10 min内前额叶皮层16通道LFPs,利用短时傅里叶变换(STFT)计算LFPs时频能量密度,应用定向传递函数(DTF)计算功能连接强度.结果:LFPs时频能量集中在theta(4～12 Hz)频段,在熟悉环境和焦虑环境时theta频段能量密度分别为10.653±0.173和12.581±0.345(P＜0.05);theta频段LFPs的DTF值分别为0.022±0.001和0.031±0.002(P＜0.05).在焦虑环境时的theta频段能量密度和功能连接强度较熟悉环境时显著增加.结论:焦虑环境会增加大鼠内侧前额叶皮层LFPs的功能连接.

经颅多普勒(TCD)是研究颅内大血管中血流动力学的常用技术,但传统TCD中依然存在着对大脑血管定位困难和对微栓子检测不确定等缺点.为了克服这些弊端,本研究设计了一种功率M模式TCD测量系统.该系统通过FPGA设计、USB固件驱动以及PC数据后处理等模块共同实现.数字电路模块以FPGA为核心进行状态机设计,并采用高速AD采样和双FIFO乒乓工作模式来确保良好的实时性;硬件电路部分和PC之间的数据传输依靠高速USB实现;软件模块结合功率M模式多普勒成像技术、短时傅里叶变换和伪彩色图像处理,对超声波束发射方向上整体深度的血流状态进行监测,方便定位血管深度,并为临床医生提供选通深度的声谱图信息.

目的 探讨颞叶癫痫(TLE)共患抑郁的工作记忆障碍神经振荡特征模式.方法 研究对象分为TLE组、TLE共患抑郁组(根据贝克抑郁自评量表-Ⅱ和汉密尔顿抑郁量表-17评分判定)和正常对照组,各10例.采集3组受试者在视觉工作记忆(WM)任务中的34通道脑电信号(EEGs),分析行为学正确率和反应时间;对采集的原始EEGs进行预处理去除噪声.应用短时傅里叶变换分析预处理后EEGs能量的时频分布,计算各频段能量占总能量的百分比,选取WM任务相关时段和特征频段.分析3组工作记忆EEGs特征频段的空间分布特征,比较特征通道和特征脑区能量密度的差异.结果 TLE共患抑郁组和TLE组WM任务正确率与正常对照组相比均降低(P＜ 0.05);TLE共患抑郁组、TLE组和正常对照组的反应时间依次减少(P＜0.05).在WM延迟期,相比于正常对照组,TLE共患抑郁组和TLE组34通道EEGs theta频段能量占总能量的百分比均下降(P＜0.01);TLE共患抑郁组额区(特别是Fz)theta频段能量,与正常对照组和TLE组相比均减小(P＜0.01).结论 TLE和TLE共患抑郁患者均存在工作记忆障碍,且TLE共患抑郁患者损伤更明显,额区theta振荡缺损是TLE共患抑郁患者工作记忆障碍的潜在神经机制之一.

目的 解决目前面临的传统功能性电刺激强化肢体运动康复训练模式无法实现患者自主意愿控制、难以达到大脑神经功能与肢体运动协同康复效果的问题.方法 通过软件与硬件结合,设计并实现了一种脑电控制的功能性电刺激康复系统,其信号采集软件模块实现了特征提取,采用短时傅里叶变换提取脑电信号的想象动作模式特征,引入共空间模式算法提取了脑电信号的二分类想象动作模式特征.2名卒中患者(2名健康志愿者作对照)参与使用该系统进行临床康复训练测试,并长时程跟踪了一名患者康复训练测试,同时就量表和脑电数据进行联合分析.结果 较康复训练前,患者上肢肌肉张力水平下降,部分肌肉的肌力增强,伴随康复训练进程对侧占优系数呈现上升趋势.结论 进一步印证了神经可塑性在卒中康复中的作用,也为今后卒中患者康复训练效果评估提供了新思路.

将磁刺激技术、脑电图与传统穴位理论相结合,研究穴位刺激引发的大脑皮层功能网络协同调控过程.利用组独立成分分析、标准低分辨率脑电磁断层成像,对14名健康被试静息态、磁刺激内关穴的脑电信号进行反演,确定脑网络节点.通过短时傅里叶变换和互相关方法,计算α频段功率谱间的互相关系数,基于t检验、错误发现率,校正(FDR)构建脑网络连接边(P＜0.05,FDR校正),并对脑皮层功能连接进行分析.结果 表明,磁刺激时与运动相关脑区节点的功能连接减少22.9％,与情绪、记忆相关脑区节点的功能连接增多93.8％,位于额叶和颞叶节点的功能连接增多21.2％.磁刺激内关穴引起的脑皮层功能网络拓扑结构变化与穴位自身功能相吻合,为揭示穴位调控机理提供新线索.

心音听诊是一种重要的用于心脏疾病诊断的方法.心音中可以听见的部分主要为第一心音(S1)和第二心音(S2).在一个心动周期中,不同阶段的杂音往往对应不同的心脏疾病,因此心音分割是利用心音进行疾病诊断的前提.S1和S2分别出现在心脏收缩期和舒张期的开始阶段,准确定位S1和S2有利于心音的正确分割.本文研究了一种不利用收缩期和舒张期的时间特征,而仅使用S1和S2本身特性的分类方法.将训练集中带有标注的S1和S2进行短时傅里叶变换得到时频图,然后构建有分支的双层卷积神经网络,使用时频图对卷积神经网络进行训练,得到可用于S1和S2分类的神经网络.神经网络对测试集中S1和S2的分类准确率最高为91.135％,高于传统的方法.神经网络的敏感性和特异性最高分别为91.156％和92.074％.该方法无需预先提取心音的特征,计算简单,有利于心音的实时分割.

目的 通过分析大鼠丙泊酚麻醉前后工作记忆编码阶段海马和内侧前额叶皮层局部场电位(LFPs)的能量密度和神经回路频谱相干性,研究丙泊酚麻醉对工作记忆编码的影响.方法 以8只SD大鼠为研究对象,在大鼠内侧前额叶皮层和腹侧海马各植入16通道微电极阵列.利用植入微电极阵列采集LFPs记录SD大鼠麻醉前后Y迷宫工作记忆行为学结果.采用短时傅里叶变换(STFT)对LFPs进行时频分析,应用时变频谱相干方法计算相干系数.结果 大鼠在麻醉后12 h工作记忆行为学正确率显著低于麻醉前(P＜0.01),麻醉后24 h恢复到正常水平.丙泊酚麻醉后工作记忆损伤大鼠内侧前额叶皮层theta频段平均能量密度显著低于麻醉前(P＜0.05);麻醉后gamma频段平均能量密度显著低于麻醉前(P＜0.01),腹侧海马theta频段平均能量密度低于麻醉前(P＜0.05);gamma频段平均能量密度在麻醉后显著性低于麻醉前(P＜0.01).丙泊酚麻醉后海马-前额叶皮层theta相干系数显著低于麻醉前(P＜0.001),gamma相干系数在麻醉前和麻醉后有显著性差异(P＜0.01).结论 丙泊酚损伤工作记忆是暂时性的,且这种暂时性的损伤可能是抑制工作记忆编码阶段海马和前额叶皮层频率同步造成.

目的 针对运动想象脑电信号分类中模型泛化能力弱和分类精度不高的问题,提出一种基于增强卷积神经网络模型的识别方法.方法 首先采用短时傅里叶变换获取脑电时频图,构建卷积神经网络(CNN)模型,并加入dropout层防止网络训练过拟合;然后将多个预训练CNN模型作为基学习器,改进的AdaBoost算法根据分类误差率自动更新基学习器,将学习后的基学习器线性组合得到增强卷积神经网络模型;最后采用增强模型对测试数据进行分类并以kappa值作为评价指标.结果 通过增强CNN得到在BCI Competition Ⅳ 2b数据集上的kappa值为0.63,相较于竞赛优胜者提高了0.3,相比传统SVM方法提高了0.13.结论 增强卷积神经网络模型能有效识别运动想象脑电信号,具有较好的泛化能力且能改善分类效果.