腦電信號(hào)中參考信號(hào)的研究與應(yīng)用.pdf

1、腦電信號(hào)包括頭皮腦電信號(hào)、顱內(nèi)宏電極腦電信號(hào)和顱內(nèi)微電極腦電信號(hào)三種類(lèi)型。這三種腦電信號(hào)經(jīng)分解得到的源信號(hào)依次更精細(xì),更接近于神經(jīng)元。目前大多數(shù)專(zhuān)家將研究焦點(diǎn)集中在頭皮腦電信號(hào)上,頭皮腦電信號(hào)是從頭皮表面記錄到的腦細(xì)胞群的自發(fā)性電活動(dòng),反映的是頭皮電位與參考電勢(shì)之間的電位差。預(yù)處理在腦電信號(hào)的分析及研究中起著非常重要的作用,例如,參考信號(hào)的辨識(shí)與去除就是長(zhǎng)期以來(lái)一個(gè)國(guó)際上公開(kāi)的技術(shù)難題。目前最常用的方法是平均參考信號(hào)法,該方法的缺陷已在

2、很多文獻(xiàn)中有所描述。
　　本文在參考信號(hào)與腦電源信號(hào)之間相互獨(dú)立的假設(shè)下,基于獨(dú)立成分分析理論,提出四種參考信號(hào)去除方法,即R1、R2、R3和R4法并給出了詳細(xì)的理論推導(dǎo)。為了滿足獨(dú)立性的假設(shè),應(yīng)用了兩種方式,第一種方式是選擇被試者的耳垂作為參考電勢(shì)點(diǎn),然后采用一種特殊的實(shí)驗(yàn)方法要求實(shí)驗(yàn)者用手指輕彈參考電極,每秒一次記錄一段腦電數(shù)據(jù);第二種方式是選擇被試者的左手拇指、左臂、左肩、胸前的左半部分以及后背的左半部分等五個(gè)部位為參考電極

3、放置點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明方式一中輕彈參考電極從而在所記錄到的腦電信號(hào)的所有通道中都引入了肌電成分,這個(gè)肌電成分與所有的腦電源信號(hào)是獨(dú)立的;方式二中將參考電極放置在上述5個(gè)部位中的任意一個(gè),由于它遠(yuǎn)離大腦頭皮電極,所以這些部位真實(shí)的參考信號(hào)與腦電源信號(hào)之間也相互獨(dú)立。
　　當(dāng)獨(dú)立性滿足時(shí),就可以利用上述四種方法對(duì)原始腦電信號(hào)進(jìn)行求取參考信號(hào)。本文從原始EEG信號(hào)中去除R1、R2后的腦電信號(hào)與去除平均參考信號(hào)后的信號(hào)進(jìn)行了比較,在所有的共

4、同信號(hào)(肌電信號(hào)、心電信號(hào)等)都被去除的前提下,前者含有的腦電信息更豐富,這也從一方面表明了R1和R2方法優(yōu)于平均參考信號(hào)法。同時(shí)也得出對(duì)于沒(méi)有對(duì)參考電極做任何處理只是簡(jiǎn)單的放置在耳垂、乳突等部位所獲得的腦電信號(hào),參考信號(hào)與腦電源信號(hào)之間是相關(guān)的,本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中,相關(guān)性系數(shù)高達(dá)0.69。
　　本文最后在參考信號(hào)與腦電源信號(hào)之間相互獨(dú)立的條件下,從理論上證明了R2方法與R4方法的等價(jià)性。也對(duì)以下2點(diǎn)做了詳細(xì)的理論證明,1)R2方法