基于深度神经网络的脑电源定位研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zs001444
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
脑科学是21世纪研究的热门领域,脑电图(EEG)作为脑科学的重要研究手段之一,具有高时间分辨率的优点,EEG溯源研究对临床诊断和大脑认知功能的探索具有重要意义。本文基于等效偶极子(ECD)模型,利用深度神经网络对EEG逆问题进行求解,分析了不同结构神经网络对单偶极子源重建的影响,并将其应用到工作记忆任务态脑电源定位中。本文首先研究了多层感知机(MLP)模型求解脑电逆问题。首先采用四层同心球头模型,随机生成10万个样本,其中60%用于网络训练,20%用于交叉验证,最后20%被用作测试集。然后设计了不同深度和宽度的MLP模型,对不同深度的MLP模型性能进行测试,发现7层模型(MLP-7)表现较优。对MLP-7的宽度、学习率和迭代次数进行研究,得到了该模型的最优函数MLP-7。该函数所需预测时间短,能实现偶极子的精确定位,与浅层网络相比具有良好的泛化性能。然后研究了卷积神经网络(CNN)求解脑电逆问题,构建了三个不同结构的CNN模型,CNN-1只包含一个卷积一个池化,CNN-2包含6个卷积层和6个池化层,CNN-3包含6个卷积层和3个池化层。结果表明,CNN-3模型表现最优,定位精度高,预测时间短,其绝对误差约为0.015,相对误差约为0.005。将卷积神经网络模型CNN-3与多层感知器模型MLP-7对特定单偶极子的溯源结果进行了比较,发现CNN-3表现更为优秀,进而研究了噪声对CNN-3模型定位效果的影响,实验结果证明了深层卷积结构在脑电偶极子源定位中的优越性。最后使用CNN-3模型对不同情绪背景下工作记忆任务态的脑电进行源定位,利用DRM范式实验采集脑电信号,将源定位结果与Curry8溯源结果进行比较。结果显示,脑电激活源主要分布于额叶和颞叶,在不同情绪背景下的溯源结果略有不同,该溯源结果与生理学认知相符,与Curry8溯源结果一致,证明了该方法对真实脑电逆问题进行求解的可行性。本文利用深度神经网络的学习能力,快速得到脑电逆问题的解,显著降低了逆问题求解所需时间,且不需要给出先验知识,避免了主观经验判断带来的误差,提高了脑电源定位问题的定位精度,有利于推进脑电偶极子源定位问题的研究进程。
其他文献
矩阵变换器(Matrix Converter,MC)因具有能量双向流动,输入功率因数可控,正弦输入输出电流,无中间储能环节等诸多优点而受到广泛的关注。基于PWM调制的矩阵变换器不可避免地在输出端产生共模电压(Common mode Voltage,CMV),而共模电压是破坏电机绕组绝缘,造成轴承损坏以及电磁干扰(EMI)的主要原因。共模电压干扰是制约矩阵变换器可靠运行的技术瓶颈之一。本文针对矩阵变
学位
加氢脱氧(HDO)是一种生物热解油提质精制的有效策略,但传统HDO反应通常伴随高压氢气的使用,不仅反应条件严苛,还存在安全隐患。因此,设计和开发高效催化剂实现生物热解油的温和化HDO升级具有重大意义。本文以废物生物质焦油为碳源,制备得到绿色、经济的金属/生物炭催化剂,并用于生物油模型化合物香草醛的HDO反应中,实现了香草醛向2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP)的高效温和转化。主要研究内容如下:首先,
学位
电力电子技术是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术,是工业化和信息化融合的重要手段。直流电流的快速精确检测是电力电子技术的一项重要研究领域。而在直流电流测量中磁通门电流传感器因其突出的特点引起了研究人员的关注,基于开环配置的磁通门电流传感器结构简单,但其精度较低;而闭环磁通门电流传感器可以提高测量精度,但其结构复杂。针对上述问题,本文提出一种基于开环配置的准数字自激振荡磁通门电流传感器的测量方法,
学位
长时间认知任务会导致精神疲劳,精神疲劳会增加事故发生的风险。长期处于精神疲劳状态会导致抑郁、慢性疲劳综合征等。精神疲劳会损害认知能力,而工作记忆(Working Memory,WM)是人类的认知中枢和认知基础,支持人类更高的认知功能,分为编码期、保持期与提取期。本文基于事件相关电位(Event-Related Potentials,ERPs)分析,同时引入时频域能量特征,研究精神疲劳如何影响编码期
学位
民法典婚姻家庭编兼顾了回归与创新的立法思想,以民事法律制度为基础对婚姻家庭法进行了重新整合,与民法典其余编的内容既相互独立又具有不同程度的联系,婚姻家庭法内部相对于总则编,有着其独具特色的基本原则,如婚姻自由、男女平等,但这并不能否认民法体系中的意思自治、等价有偿原则的禁止适用,反之,在司法实践中民事法律行为制度、合同法制度有着填补法律漏洞、提供价值衡量依据的作用,不应该被放弃。按照目前的立法方式
学位
目前,人们发明了许多大脑功能检测技术,静息态功能磁共振成像(rfMRI)就是其中先进的代表。rfMRI成像技术和任务态f MRI成像相比,能够让被试者在安静状态下无需任务地快速扫描大脑得到rfMRI信号;此外,与采集脑电信号等其它技术相比具有空间分辨率高的优点。在临床应用上,静息态f MRI成像特别是对婴儿、老年人等有良好适应性而受到青睐。因此,这项技术应用将在很大程度上促进医学新技术的向前发展。
学位
皮肤癌是全球最常见的癌症之一,早期发现和治疗能够大大提高皮肤癌患者的生存机会。目前深度学习在一些医学图像分类识别任务中已经取得了一些成果,但在皮肤癌分类任务中仍受限于训练样本数量不足、网络结构过于复杂、计算成本过高等问题。考虑到脉冲神经网络固有的高效节能、生物学可信性和良好的图像识别性能,本文采用基于奖励调节STDP(Reward-modulation Spike-Timing-Dependent
学位
《公司法》中的发起人出资补缴连带责任制度虽有维系资本充实的功能,但也存在忽略无辜投资者可能面临不公平对待的问题。本文拟对该问题进行分析。引言之外,本文分为以下四个部分:第一部分,出资补缴连带责任制度的功能性缺陷。发起人的出资补缴连带责任制度,有利于督促发起人向公司缴纳出资,实现资本充实,以此保障公司债权人的利益和公司的稳定运营。但是,现行规定由于过于强调维系资本充实,导致功能失衡,过度侵犯了其他诚
学位
新修订的《国际疾病分类11》中,游戏障碍(Gaming Disorder,GD)被认定为精神类疾病,归类于行为障碍条目下。类似于物质成瘾,游戏障碍具有过度使用、戒断反应、耐受性增加等特征,游戏障碍相关研究也成为医学、脑科学、认知科学等领域中的热点。已有研究发现,游戏障碍个体与健康对照相比在静息脑电活动状况和反应抑制功能上存在显著差异,而鲜有研究对游戏被试群体进行细分,进一步比较不同程度游戏被试大脑
学位
视觉脑-机接口(Visual Brain-Computer Interface,VBCI)系统具有无需植入,训练较少,信噪比高,成本低等特点,具有广泛的应用前景。但在其长期使用中,持续的视觉刺激有诱发光敏性癫痫的危险,也会使用户产生疲劳感,这些是限制脑-机接口走向实用化的重要影响因素。针对疲劳的研究由来已久,主观疲劳量表虽然具有一定的代表性,但受被试的主观因素影响较大。脑电(Electroence
学位