[发明专利]一种基于相位模式复杂度的多通道神经信号分析方法

说明书

本发明公开了一种基于相位模式复杂度的多通道神经信号分析方法，所述方法包括：通过神经信号采集装置获得需要计算的N个通道的神经信号数据，并进行预处理操作；计算所述神经信号中两个通道X和Y之间的动态相位关系模式M_t，量化其相位关系；计算所述通道X和Y之间的相位模式复杂度Ω；构建所述多通道神经信号的相位模式复杂度矩阵；其中Ω的值越大，代表所述神经信号之间的相位模式越丰富，该方法从相位关系的动态时间模式的角度出发，解决了现有技术容易丢失神经信号之间的相位关系信息，而且会忽略其相位关系的时间动力学变化的缺点。

技术领域

本发明涉及神经信号分析领域，尤其涉及一种多通道神经信号分析方法。

背景技术

大脑不同区域神经信号的相互作用与通信往往伴随着相位关系的特征化，多通道之间相位关系的变化可以揭示大脑在不同状态下不同脑区的脑动力学变化，为大脑工作机制的研究与分析提供重要帮助。近些年，在针对神经生理(视觉、听力、记忆、意识等)以及神经疾病(癫痫、阿兹海默症、脑死亡)的研究中，多通道神经信号相位关系的研究对神经疾病的预防、诊断和治疗发挥了重要作用。

目前已有许多度量脑电信号之间相位同步性的方法，如文献《Measuring phasesynchrony in brain signals》提出的锁相值(phase locking value，PLV)方法，文献《Phase lag index:assessment of functional connectivity from multichannel EEGand MEG with diminished bias from common sources》提出的相位滞后指数(phase lagindex，PLI)方法以及文献《An improved index of phase-synchronization forelectrophysiological data in the presence of volume-conduction,noise andsample-size bias》提出的带权重的相位滞后指数(the weighted phase-lag index，WPLI)等。这些传统的同步方法通过研究多通道信号之间的相位同步变化，进而从脑功能连接的角度揭示神经机制。为了可靠地估计功能连接强度，几乎所有的同步方法都要求数据的平稳性，因此不能使用较长的时间序列。但是，研究表明，大脑各区域之间的灵活沟通不仅需要同步的创建，而且需要在亚秒级时间尺度内消除同步。这就意味着神经信号之间相位同步的消失可能就在几十毫秒以内。

而上述传统的相位同步方法往往通过在几秒长的时间段内对相位差进行平均而获得其相位关系，虽然这样可以获得一定的功能连接信息，但是只能在秒级尺度上获取相位同步信息，而且忽略了相位关系的动态时间模式，这可能会导致相位同步信息的丢失。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够揭示两个神经信号之间相位关系的时间动力学变化以及完整获取相位信息的基于相位模式复杂度的多通道神经信号分析方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：

步骤S1，通过神经信号采集装置获得需要计算的N个通道的神经信号数据，并进行预处理操作；

步骤S2，计算所述神经信号中两个通道X和Y之间的动态相位关系模式M_t，量化其相位关系；

步骤S3，计算所述通道X和Y之间的相位模式复杂度Ω；

步骤S4，对所述N个神经通道之间的两两通道分别求相位模式复杂度Ω，得到大小为N*N的多通道相位模式复杂度矩阵。

进一步的，步骤S1中，利用神经信号采集手段获取多通道神经信号数据，并对神经信号中的工频噪声、基线漂移、头动噪声和生理噪声进行去噪处理。

进一步的，步骤S2的具体步骤如下：