脑疲劳对脑电互信息特征的影响_中期报告.docVIP

河北工业大学城市学院2014届本科毕业设计（论文）中期报告 毕业设计（论文）题目:脑疲劳对脑电互信息特征的影响 专业（方向）：生物医学工程 学生信息：106181、刘思、生医C103 指导教师信息：04085、杨硕、副教授 报告提交日期：2014年4月18日 一、课题简介 课题的研究内容 本课题研究内容主要是提取正常态和疲劳状态下脑电信号，对脑电数据进行去噪、滤波等预处理后，计算每个通道脑电信号的信息熵以及任意两个通道脑电信号之间的联合信息熵，从而可以得到各通道脑电信号间的互信息矩阵，分析各通道间信号关联程度的高低，并对比两种状态下脑电各通道关联变化，具体利用MATLAB语言编程来实现，并对结果进行分析，以获取脑疲劳对脑网络的影响。 大脑是一个复杂的协同工作的系统，大脑信息的传递需要靠众多神经元群共同协作完成，分析多通道脑电信号之间的同步关系，可以获得大脑不同区域之间信息整合、传递、处理的重要信息。双通道同步分析方法主要用于分析两导脑电信号之间的相互关系，可以分为线性和非线性的方法，线性的方法包括互相关和基于谱的一致性等。大脑具有明显的非线性特征，基于非线性的双通道同步分析方法发展迅速。例如相位同步、非线性独立性、互信息和非线性相关等[1]。 课题的研究原理 课题的研究意义　 互信息(mutual information, MI)以信息论为基础，通过测量两个时间变量各自及其联合概率密度分布，利用熵的概念，来量化两个时间变量之间的统计独立性。预防和消除脑疲劳，已经成为迫切需要解决的一大问题。智慧来自大脑没有充满活力的健康的大脑很难想像会有超人的智慧。据日本的抽样调查结果显示59 .6%的脑力劳动者平均每天用脑时间长当学习或用脑工作较长时间后，常会感到头昏脑涨，注意力集中不起来，学习和工作效率降低，这是大脑疲劳的表现。怎么缓解大脑疲劳呢，有人用吸烟、休息或是睡觉的方法来调整，然而吸烟会给大脑及身体健康带来严重的副作用专家提醒，缓解大脑疲劳的较好方法是适当运动，如打球、做操、散步等。但活动强度不宜过大，时间不宜过长。大脑可以在运动中得到放松，消除疲劳。尤其对于那些工作压力大、精神负担重，在工作、事业、人际关系和家庭等方面，总是处于一种思考、焦虑、烦闷、恐惧、抑郁的压力之中的人，更应该通过适当运动，以缓解大脑疲劳，改善睡眠质量，避免出现精神障碍性疾病。我国学校10小时40.2%的学生每天伏案学习至深夜仅有 1%的人有脑保健意识。很多人会有这样的亲身体验，现在推行的为学生减负每节课规定 45分钟课后让学生大脑有适当的休息,推行课间操、工间操 ,使大脑疲劳得到恢复。这对学生的脑保健十分重要。长时间高负荷脑力活动引发的脑疲劳会引起人的警觉性下降、思维信息处理速度变缓以及认知功能减弱。因此对脑疲劳引发脑电变化的研究具有重要的科学意义和临床应用价值[2-3]。 二、研究方法 所谓信息熵，是一个数学上颇为抽象的概念，在这里不妨把信息熵理解成某种特定信息的出现概率。一般而言，当一种信息出现概率更高的时候，表明它被传播得更广泛，或者说，被引用的程度更高。我们可以认为，从信息传播的角度来看，信息熵可以表示信息的价值。这样子我们就有一个衡量信息价值高低的标准，可以做出关于知识流通问题的更多推论。[4-5]。 三、阶段性成果（仿真实验与结果） ： 图1： 图2 第一次实验连续阅读四小时疲劳状态下互信息相关图像： 图3 第一次实验连续阅读四小时疲劳状态下互信息相关图像灰度图： 图4 第二次实验安静状态下互信息相关图像： 图5 第二次实验安静状态下互信息相关图像灰度图： 图6 第二次实验连续阅读两个小时疲劳状态下互信息相关图像： 图7 图8 四、下一步的工作及研究思路 [6-7]。 参考文献 1[学位论文]Vaisanen,J,Vaisanen,O,Malmivuo,J,Hyttinen,J. New method for analysing sensitivity distributions of electroencephalography measurements. Journal of the International Federation for Medical and Biological Engineering2008,46(2) 3 周建芳.脑电信号的特征分析与研究：[学位论文]：， 4 马颖颖，张泾周，吴疆.脑电信号处理方法.北京生物医学工程，2007（01） 6 白树林.脑电（EEG）信号灰色处理方法的研Xydeas,C,Angelov,P,Chiao,SY,Reoullas,M. Advances in classification of EEG signals via evolving fuzzy