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情绪是个体的一种适应功能,能够使个体及时的处理外界环境中的信息从而做出行为反应,并且与生存相关的威胁性信息首先被提取和处理,大脑对情绪刺激反应与控制调节机制异常复杂。脑磁图(MEG)作为一种最新能够无创性探测大脑电磁生理信号的脑功能检测技术,具有毫米级时间分辨率和较高空间分辨率的优点,能够以较好的时间空间分辨率精确研究皮层对情绪图片刺激反应与控制机理。利用脑磁图研究对比正常人和抑郁症患者在情绪唤醒度所涉及脑区激活以及调控差异在临床诊断、康复治疗以及评价等方面具有重要的应用价值和前景。 为了探讨情绪图片刺激事件相关脑磁信号的处理方法,系统地探讨抑郁症相关发病机制及神经控制机理,本文首先设计实验并运用脑磁图仪记录了受试者负性,中性图片刺激相关MEG信号。然后结合MEG信号的特点以及课题研究目的,从下面几个角度展开分析讨论并得到相应结果。 在MEG信号处理方法方面,本文首先探讨了MEG信号预处理的方法,核心是脑磁信号伪迹的自动识别与去除。文中通过在ICA模型中加入独立分量筛选模块对传统Fast-ICA去除伪迹法进行改进,构造独立分量的高阶统计量、仙农熵、频谱相关性几个方面对各分量进行计算,设定阈值筛选出伪迹分量,最终实现MEG伪迹的有效自动去除。其次在信号的时频功率谱特征分析方面,本文通过对信号时频功率谱表示(TFRs)理论的深入研究,利用Morlet小波变换实现了时频功率谱估计,并特别地对情绪图片刺激相关磁场的mu节律的时频功率谱特征及其空间通道分布特征进行了分析。 通过对其中某例正常人进行负性、中性情绪图片刺激相关磁场信号的时频功率谱分析,本文得到了以下结果:(1)情绪图片刺激相关磁场M170在刺激后170ms,30Hz以下的低频段,尤其mu节律波(5-15Hz)活性达到极大值,mu节律活性能够反应出大脑的激活水平,之后随着时间活性逐渐消失。(2)对于mu节律波活动的位置:激活的脑区为双侧C区通道和大部分P区,P区的活性要略大于C区。同一个刺激信号角度来看,又体现出激活区域的不对称行,具体表现为左侧P区活性明显大于右侧P脑区,右侧活性较弱表现为功率谱较低。 (3)唤醒度差异:负性情绪图片刺激响应平均功率谱强度比中性情绪图片响应幅度大且持续时间更长,皮层激活范围方面,负性情绪图片刺激表现出比较好的激活对称性,而中性情绪图片却表现出明显的激活不对称性。 功能分化和功能整合是脑功能的两个基本组织原则,大脑同时需要激活两个或者两个以上空间功能分离独立的脑功能区域来完成其功能。有效连接(effectiveconnectivity)能够在神经元水平上建立相关脑区交互作用的因果关系,动态因果模型(dynamic causal model,DCM)是一种有效连通性的分析方法,研究在特定任务条件下一个区域或者多个区域激活导致其他区域激活水平的变化,能够反映出神经活动的动态传递过程以及实验因素对神经激活水平的调节作用。 本文基于DCM模型利用磁源性影像(Magnetic source imaging,MSI)技术研究负性,中性情绪刺激下大脑皮层不同区域之间的有效连通性。并对5例正常受试者和5例抑郁症患者在外界情绪刺激因素对神经激活水平的差别进行了比较。具体研究内容和创新之处如下:(1)首次将DCM用于分析MEG-sMRI同步技术检查得到的情绪图片刺激响应数据,讨论了大脑背外侧前额皮质,枕叶皮层,视觉皮层等区域的有效性连接,构建了符合生理意义的连接网络。通过贝叶斯模型比较准则得出了后向模型(Backward model,B-Model)要优于前向模型(Forward model,F-Model)和双向模型(Forward-Backward model,FB-Model),(2)通过双样本t检验比较正常受试者和抑郁症患者的实验因素对神经激活水平的调节作用得出了抑郁症患者存在左侧额上回.左侧额下回功能连接异常增强,同时左侧功能异常右侧不存在显著差异体现了大脑半球具有情绪建立的不对称性。这些研究将有助于从脑功能的角度了抑郁症患者临床症状的发病机理,为今后抑郁症患者的诊断和治疗提供一定的帮助。