13990.基于轉移熵的神經電信號分析研究

1、分類號：TPl8密級：UDC：華東理工大學學位論文基于轉移熵的神經電信號分析研究馬超飛指導教師姓名：王如彬教授潘曉川教授華東理工大學上海市梅隴路130號申請學位級別：碩士專業(yè)名稱：控制科學與工程論文定稿日期：20121215論文答辯日期：2013118學位授予單位：華東理工大學學位授予日期：201303答辯委員會主席：評閱人：孫自強教授劉漫丹教授張偉副教授華東理工大學碩士學位論文第1頁基于轉移熵的神經電信號分析研究摘要大腦是由多個相互連

2、接的網絡構成的復雜系統(tǒng)，其中相互關聯(lián)的網絡模塊(如：皮質區(qū)域)具有不同的功能。一個基本問題是在這樣的系統(tǒng)中是如何進行信息處理和網絡如何生成對應的認知功能。為了研究這些問題，研究人員從不同的大腦區(qū)域同時記錄神經信號。在這些記錄的數據的基礎上，一個重要的問題就是如何度量和估計大腦區(qū)域之間的功能性連接和信息的流向。在以往的研究中，已經提出了許多方法去計算系統(tǒng)之間的相互作用，如Granger因果關系，互信息等。但是，Granger因果關系及其相

3、關的方法的一個缺點就是，假設系統(tǒng)之間的關系是線性的。從信息論的角度，利用互信息可以處理非線性的系統(tǒng)，但是，互信息并不能表示系統(tǒng)之間信息傳遞的方向性。轉移熵是能夠分析系統(tǒng)之間信息相互作用的一種有效工具，而且能夠同時解決非線性和不對稱的系統(tǒng)的問題。本文著重介紹了一種方便、簡單且易操作的計算轉移熵的模型，并通過仿真數據驗證了該方法能正確地估算兩個信號間的非線性耦合強度及信息傳遞的方向。我們進一步用這種方法計算了兩個系統(tǒng)在特定頻率內具有相互作用

4、的轉移熵。引入濾波器，使兩個信號源在某個特定頻率段內有信息傳遞，我們發(fā)現轉移熵隨著頻率的變化而變化，因此轉移熵可以進一步描述神經信號中不同頻率的功能。我們還計算了在對猴子進行聯(lián)想任務時，所記錄到的猴子前額葉皮層(LPFC)和紋狀體的局域場電位的轉移熵。結果表明，從前額葉皮層到紋狀體的轉移熵的值大于紋狀體到前額葉皮層的值，這也符合解剖學的知識：前額葉皮層的神經元直接和紋狀體中的神經元相連接，而紋狀體并沒有直接到前額葉皮層的神經元。我們的研