利用时频分析研究非相位锁定脑电活动*
同步性,1引言,2时频分析方法原理简介,1傅立叶变换和窗口傅立叶变换,2小波变换,3Hilbert变换,3时频分析的基本计算指标和心理学意义,1能量(Power),2相位一致性(PhaseLockingIndex,PLI)
武 侠 钟楚鹏 丁玉珑 曲 折(中山大学心理系,广州 510006)
1 引言
Berger于1929年第一次记录了人类头皮处的脑电活动(Electroencephalography,EEG,Berger,1929),揭开了对人类EEG研究的序幕。随着时间的推进,研究者们的研究兴趣逐渐从直接研究自发脑电活动转移到了研究事件相关电位(Event-Related Potentials,ERPs)。在1960年代以后,人们主要通过使用时域内ERP分析方法来探讨认知活动和脑电活动之间的关系 (Bastiaansen,Mazaheri,& Jensen,2012)。时域ERP分析方法假设每一次事件诱发的电活动类似,而自发噪音则是随机的。时域ERP分析方法把每一次事件出现的时刻作为数据分析的标准时刻点,将每一个试次(trial)的EEG信号按照标准时刻点对齐后叠加求平均。不同试次的噪音会在叠加平均的过程中相互抵消,叠加平均后的脑电信号就是事件诱发的脑电活动,代表了大脑对该事件的认知加工过程(Luck,2005;Woodman,2010)。
1980年代以来,越来越多的研究者意识到时域ERP成分只是一种特定类型的事件相关脑电信号。事件发生后,大脑对事件认知加工所对应的脑电活动中还有其他类型的事件相关脑电活动。研究者发现,在事件发生后大脑内与事件加工相关的EEG活动有可能是以下几种类型:频率反应(frequency response,Ijspeert,2008),振幅反应(amplitude response,Klimesch,2012; Tallon-Baudry & Bertrand,1999),相位重置(phase resetting,Gruber & Müller,2005; Klimesch et al.,2004),新增成分(additive response,M?kinen,Tiitinen,&May,2005; Mazaheri & Picton,2005)。
图 1列出了上述四类大脑对事件的反应类型。(1)频率反应(图 1A)是某频率的自发 EEG活动在事件出现后变化了振荡频率,这一类大脑活动多见于单细胞放电或者人们在有节律运动的时候中枢系统某节律细胞的活动。(2)振幅反应(图1B)是事件发生后某频率 EEG自发电活动能量增加(或减小),每个试次中该频率的能量都有所增加(或减小),不过每个试次事件相关电活动相位是随机的,叠加平均时相互抵消掉了,ERP平均波形捕捉不到此类事件相关脑电活动 ......
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