基于EEG高原缺氧认知障碍的差异性分析

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近些年来,由于国家政策的扶持和生活质量的提高,越来越多人前往高原地区工作,旅游,登山,科学实验等。但是高海拔地区海拔高,低压低氧,环境极度恶劣,给驻藏人群带来了极大的挑战。即使是克服了暂时的高海拔应激反应,长居居住也会损害人脑的认知功能,如短时记忆、执行控制功能等。因此研究高海拔地区长期移居者因缺氧导致的大脑损伤具有重要意义。脑电能记录大脑活动时的脑电波变化,具有比较高的时间分辨率,因此能够捕捉大脑瞬时动态变化过程,而且脑电采集设备携带方便,操作简单,是研究高海拔人群的一个重要技术,众多研究也普遍观察到在低氧环境下被试的脑电图异常。但是现有的高海拔EEG研究都是使用的传统分析方法,提取EEG信号的功率谱,能量值等,这些传统的分析方式只是讨论了脑电信号的简单特征,并没有深入的探究大脑的内部协调关系,也没有充分发挥脑电图的高时间分辨率的优点。因此,使用EEG技术分析大脑认知过程中时间维度上的脑动力学变化,探究高海拔对大脑认知功能的损伤具有一定的意义。本文以高海拔久居者为研究对象,在已有的功能脑网络重组预测模型的基础上针对高海拔EEG数据对原有的网络预测模型的边概率更新规则进行了改进。通过网络重组预测模型对高海拔被试的功能脑网络演化过程进行了模拟,对比分析了不同海拔之间脑网络重组模型的差异性,揭示了高海拔被试脑网络动力学变化的基础。此外,为了进一步分析高海拔久居者功能脑网络的差异性,计算了高海拔被试EEG的四种微状态类型,然后将四种微状态拟合回原始数据中,计算不同海拔之间微状态熟悉的差异性,分析了高海拔久居者大脑的动力学变化,进一步探究了高低海拔被试认知过程中的差异性,并且为以后的高海拔损伤康复治疗提供了参考。具体内容包括:(1)对高海拔被试的原始EEG数据进行预处理,计算不同频段下电极之间平均锁相值PLV的动态变化,比较分析各个海拔之间PLV值差异,发现在刺激后300ms左右,alpha频段下大脑功能网络达到最强的功能连接性,并且此时的脑网络在各海拔间的差异性最为明显,这与前人研究的P300效应相一致。(2)使用滑动窗口技术和复杂网络相结合,针对alpha频段下的EEG数据以电极为节点,电极之间的锁相值(PLV)为边构建动态脑网络,并且提取大脑网络的特征路径长度,聚类系数,图密度,全局效率属性进行分析,发现随着海拔高度的增加,脑网络属性的整合分离属性都会相对降低。(3)根据刺激前200ms的大脑功能网络进行迭代,模拟脑网络在认知过程中的演化过程,针对高海拔EEG数据特点改进了脑网络重组预测模型,实验证明网络重组预测模型的准确率达到了98.95%,并且根据模型的选择和脑网络的动态演化过程,揭示了高海拔暴露引起的认知脑功能网络的异常。(4)提取高海拔被试EEG数据四种基本微状态类型,将微状态拟合回到原始数据中,分析了三个不同海拔高度,四种微状态类型的持续时间,出现频率,覆盖范围,微状态间的转换率属性。进一步从微状态的角度下分析了高海拔认知过程中的差异性。
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