健康受試者不同難度心算任務的多通道腦電功能連接特性研究.pdf

1、研究目的：
　　心算是人類生活中經(jīng)常使用并與認知密切相關的技能。完成心算任務需要多個腦區(qū)共同參與，不同難度的心算任務關鍵腦區(qū)的關聯(lián)程度不同。本文從頻域角度，以健康受試者在心算任務下的功能連接為研究對象，設計三種心算任務，應用 Granger因果分析方法計算腦電的因果連接，基于連接矩陣，計算信息流增益，比較三種不同難度心算任務下各腦區(qū)之間不同頻段信息流增益，為進一步探索心算的信息加工機制提供支持。
　　研究方法：
　　1

2、.實驗數(shù)據(jù)：利用三種不同難度心算認知任務范式，記錄10名健康受試者的19導腦電數(shù)據(jù)，去除基線漂移和工頻干擾，每種任務篩選出500個靶刺激和非靶刺激數(shù)據(jù)段。
　　2.能量空間分布：應用傅里葉變換對19導腦電進行頻譜分析，比較靶刺激和非靶刺激數(shù)據(jù)在delta、theta、alpha、beta以及gamma等5個頻段的能量空間分布。
　　3.計算定向傳遞函數(shù)（DTFij）：應用 Granger因果分析方法分析多通道腦電，分別計算1

3、0名受試者在三種心算任務下各頻段分量的定向傳遞函數(shù)DTFij。
　　4.計算信息流增益：基于 DTFij構(gòu)建矩陣，計算信息流增益繪制腦地形圖得到其空間分布；分別計算額區(qū)、中央?yún)^(qū)、顳區(qū)以及頂區(qū)的EEGs各頻段流增益。
　　5.計算功能連接強度：基于 DTFij，計算全腦功能連接強度和4個腦區(qū)內(nèi)部以及之間的功能連接強度。
　　6.統(tǒng)計學分析：采用單因素方差分析方法，分析三種心算任務下10名受試者的500個靶刺激數(shù)據(jù)之間的差

4、異。組間兩兩比較采用Student Newman Keuls檢驗。
　　研究結(jié)果：
　　1、三種心算任務下腦電各頻段能量的空間分布Delta、theta、alpha頻段能量集中分布在額區(qū)和中央?yún)^(qū)，隨心算任務難度增加而增加；beta和gamma頻段能量集中在額區(qū)，隨任務難度增加左顳區(qū)能量出現(xiàn)集中，額區(qū)能量增加。
　　2、三種心算任務下EEGs各頻段信息流地形圖
　　三種不同難度的心算任務下DTF流入信息DTFin分

5、布在周邊區(qū)域；流出信息DTFout在頂區(qū)最為活躍；信息流增益在中央-頂葉較活躍。
　　3、beta頻段各腦區(qū)流增益
　　額區(qū)、中央?yún)^(qū)、顳區(qū)、頂區(qū)的信息流增益結(jié)果顯示三種心算任務在較高頻段尤其是 beta段更具有統(tǒng)計差異。beta頻段信息流增益值在額區(qū)和顳區(qū)隨著任務難度增大而增大（p<0.01），在頂區(qū)則減?。╬<0.001），在中央?yún)^(qū)則先減小后增大（p<0.05）；其中，在額區(qū)和顳區(qū)漢字數(shù)字筆畫心算任務的流增益顯著高于計數(shù)心

6、算任務（p<0.01），在頂區(qū)漢字數(shù)字筆畫心算任務顯著低于其他兩種任務（p<0.001）。
　　4、三種不同難度心算任務下EEGs的功能連接強度
　　全頻段下個位加法心算任務的整個腦區(qū)DTF因果連結(jié)強度顯著小于其他兩種任務（p<0.001）。分頻段結(jié)果顯示在 theta、alpha、beta頻段，個位加法心算任務的連接強度顯著小于其他兩種任務（theta：p<0.01；alpha、beta：p<0.001；S-N-K檢驗，p

7、<0.01）。
　　4個腦區(qū)內(nèi)部和之間的DTF功能連接強度結(jié)果顯示除額區(qū)到頂區(qū)在5個頻段均存在顯著性差異（delta：p<0.01；theta：p<0.01；alpha：p<0.01；beta：p<0.001；gamma：p<0.05），并且5個頻段下計數(shù)心算任務DTF值均顯著小于漢字數(shù)字筆畫心算任務（p<0.01），其他均表現(xiàn)為在較高頻段存在統(tǒng)計差異。
　　研究結(jié)論：
　　1、信息流增益結(jié)果發(fā)現(xiàn)額區(qū)和頂區(qū)是與心算難易