[发明专利]一种基于微状态的脑功能网络构建方法

摘要

本发明涉及脑功能网络研究技术领域，更具体而言，涉及一种基于微状态的脑功能网络构建方法。本发明从构建EEG脑功能网络出发，根据EEG微状态相关方面的理论，即EEG微状态是反映大脑活动的最基本状态，提出了EEG微状态也能够应用在脑功能网络的构建上。本发明解决了传统构建脑功能网络的时间开销过大问题，通过使用微状态重构后的时间序列，减少了原始EEG时间序列中大量的冗余信息。通过将本发明应用在医院采集的精神疾病工作记忆的EEG数据集，构建了精神分裂症病人和正常人的EEG功能脑网络，证明了用微状态重构时间序列构建的脑功能网络与使用原始EEG信号构建的脑功能相比，能够更加准确的反映人脑网络的特性。

主权项

1.一种基于微状态的脑功能网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对EEG信号进行预处理，包括：1)将EEG信号当中的四个活动电极去除掉；2)将EEG信号的参考电极转换为全脑平均参考电极；3)对EEG信号进行分段，分为保持、编码和检索三个阶段；4)除去步骤3)分段EEG信号中的眼电伪迹；5)将步骤4)中去眼点后数据进行滤波，分为四个频段；S2、计算脑电信号的微状态，包括：1)计算脑电数据的总体场功率：式中，GFP为总体场功率，x_n为第n个通道的电压观测值，N为通道总数，为所有通道的电压平均值；2)根据步骤1)所得的总体场功率的时间序列，求取它的极大值所对应的时间点，将这些时间点在原始EEG时间序列中所对应的电位信息单独拿出来放在一起，得到总体场功率极大值时间点处所对应的时间序列；3)根据K‑均值算法，对每个被试的总体场功率极大值时间序列进行计算，每个被试的总体场功率极大值时间序列得到四种微状态；4)将每个被试计算得到的四种微状态重新放入步骤3)当中计算，得到所有被试的四个基本微状态；5)以步骤4)得到的四个基本微状态为标准，对每个被试的GFP极大值时间序列进行标记，将它们标记为四个微状态中的一个，依据为如下公式：式中，d_kt表示时间点t处所对应的电位值与第k种微状态之间的距离，V_t表示时间点t处各个通道的电位值，V_t'为向量V_t的转置，Γ_k代表第k种微状态；6)据步骤5)得到每个被试标记好的微状态时间序列，对该序列做进一步处理，得到最终的微状态时间序列；S3、构建EEG脑功能网络，包括：1)以头皮电极作为网络的节点；2)以头皮电极之间的相位锁作为节点之间的边，边的定义如下：其中，PLV为相位锁，表示任意两个信号之间平均相位差的绝对值，表示信号x与信号y在t时刻的瞬时相位差值，N为通道数；表示两个信号在各个时间点瞬时相位平均值；3)用微状态时间序列代替EEG原始时间序列，计算任意两个头皮电极之间的PLV值，这些PLV值放在一起，可以得到一个N*N的关联矩阵，N为通道数；4)将步骤3)中得到的关联矩阵选取合适的阈值构建脑网络，将其转化为二值矩阵，构建无权无向网络。