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基于脑电的磁刺激穴位复杂脑功能网络研究

作　者: 尹宁
导　师: 徐桂芝
学　校: 河北工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 穴位磁刺激脑电复杂网络脑功能网络
分类号: R245
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

穴位是体表刺激到体内神经系统调控的切入点，磁刺激技术因具有诸多不可比拟的优势而有望成为一种穴位新疗法，但是目前磁刺激穴位的疗效缺乏统一且合理的评定方法，还需进行深入探究。脑连接组学研究的逐步深入和复杂网络理论的飞速发展为磁刺激穴位的研究开辟了新途径。本文利用复杂网络分析方法，以内关穴为例开展了基于高时间分辨率脑电的磁刺激穴位脑功能网络的构建与分析研究，旨在从整体性角度探索磁刺激穴位对大脑功能连接的影响，为穴位磁刺激的作用效应评价提供新手段，尤其为精神类等疾病的临床康复治疗效果评价提供新思路。本文主要研究内容如下：1、设计并开展了不同频率磁刺激穴位和非穴位不同阶段的脑电采集实验，采用互相关和互信息方法对不同状态下高分辨率的脑电信号进行了多通道关联特性分析，结果发现3Hz磁刺激内关穴时脑功能连接增强的趋势较为明显。2、基于磁刺激穴位的多通道脑电信号关联特性矩阵构建了无权和加权脑功能网络，并对网络特征量进行了深入分析，结果发现3Hz磁刺激内关穴时脑功能网络连接边、平均度、平均聚类系数和全局效率显著增加，平均路径长度显著降低。磁刺激非穴位时脑功能网络特征量的变化明显小于穴位刺激引起的变化。3、对磁刺激穴位的无权和加权脑功能网络进行了中心度和中心化程度分析，结果发现3Hz磁刺激内关穴时额叶、中央区以及顶叶大部分节点的度中心度和紧密中心度明显升高，顶叶和中央区部分节点的介数中心度明显减小。磁刺激非穴位时脑功能网络中心度的变化明显小于穴位刺激引起的变化。4、对磁刺激穴位的脑功能网络进行了“小世界”属性评价，结果发现所有被试不同刺激阶段的脑功能网络均具有“小世界”属性，3Hz磁刺激内关穴时脑功能网络的“小世界”属性显著增强。磁刺激非穴位时脑功能网络“小世界”属性的变化小于穴位刺激引起的变化。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 论文研究背景及意义  10-14
    1.1.1 人类重要的科学命题——脑科学  10-11
    1.1.2 脑科学研究的关键领域——脑连接组学  11-12
    1.1.3 磁刺激穴位脑功能网络研究  12-14
  1.2 国内外主要研究现状分析  14-21
    1.2.1 基于脑功能成像的脑网络研究发展动态  14-17
    1.2.2 脑网络在疾病中的应用研究发展动态  17-20
    1.2.3 穴位刺激相关的脑网络以及磁刺激穴位研究动态  20-21
  1.3 本文主要研究内容  21-22
第二章基于脑电的磁刺激穴位脑功能网络构建  22-43
  2.1 穴位磁刺激实验  23-24
    2.1.1 实验被试的选择  23
    2.1.2 穴位的选取  23-24
    2.1.3 磁刺激参数的设置  24
  2.2 脑电信号采集与预处理  24-26
    2.2.1 脑电采集系统  24-25
    2.2.2 脑电采集实验过程  25-26
    2.2.3 脑电信号预处理  26
  2.3 脑电关联特性分析  26-32
    2.3.1 互相关方法  27
    2.3.2 互信息方法  27-29
    2.3.3 脑电关联特性矩阵  29-32
  2.4 脑功能网络构建  32-40
    2.4.1 网络节点及阈值选取  32-35
    2.4.2 二值和权值矩阵的构建  35-39
    2.4.3 网络边的连接  39-40
  2.5 结果分析与讨论  40-42
  2.6 本章小结  42-43
第三章磁刺激穴位脑功能网络特征量研究  43-70
  3.1 脑功能网络拓扑结构分析  43-44
  3.2 脑功能网络平均度研究  44-50
    3.2.1 无权脑功能网络平均度分析  45-48
    3.2.2 加权脑功能网络平均度分析  48-50
  3.3 脑功能网络平均聚类系数研究  50-56
    3.3.1 无权脑功能网络平均聚类系数分析  51-53
    3.3.2 加权脑功能网络平均聚类系数分析  53-56
  3.4 脑功能网络平均路径长度研究  56-61
    3.4.1 无权脑功能网络平均路径长度分析  57-59
    3.4.2 加权脑功能网络平均路径长度分析  59-61
  3.5 脑功能网络全局效率研究  61-67
    3.5.1 无权脑功能网络全局效率分析  62-65
    3.5.2 加权脑功能网络全局效率分析  65-67
  3.6 结果分析与讨论  67-69
    3.6.1 脑功能网络特征量内在联系的探讨  67-68
    3.6.2 穴位磁刺激对脑功能网络特征量影响的探讨  68
    3.6.3 无权和加权脑功能网络特征量的对比  68-69
  3.7 本章小结  69-70
第四章磁刺激穴位脑功能网络中心度和中心化研究  70-93
  4.1 脑功能网络度中心度研究  70-76
    4.1.1 无权脑功能网络度中心度分析  71-74
    4.1.2 加权脑功能网络度中心度分析  74-76
  4.2 脑功能网络紧密中心度研究  76-82
    4.2.1 无权脑功能网络紧密中心度分析  77-80
    4.2.2 加权脑功能网络紧密中心度分析  80-82
  4.3 脑功能网络介数中心度研究  82-88
    4.3.1 无权脑功能网络介数中心度分析  83-85
    4.3.2 加权脑功能网络介数中心度分析  85-88
  4.4 脑功能网络中心化程度研究  88-92
    4.4.1 中心化程度评价指标  88-89
    4.4.2 基于度中心性的脑功能网络中心化程度分析  89-90
    4.4.3 基于紧密中心性的脑功能网络中心化程度分析  90-91
    4.4.4 基于介数中心性的脑功能网络中心化程度分析  91-92
  4.5 本章小结  92-93
第五章磁刺激穴位脑功能网络小世界属性研究  93-105
  5.1 小世界属性评价指标  93-99
    5.1.1 规则网络模型  93-95
    5.1.2 随机网络模型  95-96
    5.1.3 小世界网络模型  96-99
  5.2 不同频率磁刺激穴位的小世界属性研究  99-101
  5.3 磁刺激穴位与非穴位的小世界属性研究  101-103
  5.4 结果分析讨论  103-104
  5.5 本章小结  104-105
第六章结论  105-107
  6.1 本文主要工作  105-106
  6.2 本文主要创新点  106
  6.3 需要进一步研究的工作  106-107
参考文献  107-116
攻读学位期间所取得的相关科研成果  116-118
致谢  118

基于脑电的磁刺激穴位复杂脑功能网络研究

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