基于相同步方法的大脑个体差异性研究

王平

摘要：相同步理论已经很好的被引入脑电信号分析，本文利用相同步理论对大脑个体差异性进行研究，通过对脑电信号的PLV值进行计算，提取特征，最终计算脑电信号自我认证值，得出结论是准确率平均达到86%，说明很好的识别了受试者。

关键词：脑电信号；相同步；个体差异

在控制运动脑电分类方面研究，主要集中在体育运动心理学和脑机接口系统方面研究。在体育运动心理学的应用，通过利用运动员在大脑中想象所进行的各种运动，通过对脑电信号进行监测，提高训练效果。在脑机接口系统的应用，通过对不同的大脑控制运动意识产生脑电信号进行分析，提取出相应的脑电信号特征，利用一定的外部仪器，还原大脑的想象的运动，以达到对残障人士运动的辅助作用。

当今国内外对控制运动脑电信号分析和研究，基本上是把脑电信号作为一种特殊的信号，利用各种信号分析方法，例如傅立叶变换、小波变换、拉普拉斯变换、主成分分析、独立成分分析等，把脑电信号进行不同形式的变换抽取出特征。对控制运动脑电信号分析主要面临两个难题，一是分类准确率，特别是对于多种运动组合，分类准确率还不能达到实用的需求，二是对于相同的方法，如果被试者不同，分类准确率相差较大。

为了准确的提出想象运动的脑电特征，把脑电信号分析回归大脑的想象生理机制，是现在国内外对脑电信号分析的发展趋势。如今很多场合都需要进行身份认证，身份认证脑电研究和以往应用运动想象脑电信号进行BCI研究不同，以往的BCI脑电信号研究是分析不同受试者的脑电信号中的共同特征，从而提取出来投入运用，而身份认证脑电信号的研究，则是提取出能反映受试者本人和他人不同的脑电信号特征，从而达到利用此特征来找到该受试者的目的。

把相同步理论应用于脑电信号分析，已经有很多成功的例子。目前有许多方法去测量在信号xi（t）和xj（t）之间的同步，用于分析同步较普通的方法是经典的相干（一致性）Cohij（f）。相干函数由信号xi（t）和xj（t）（代表两电极i，j）的互谱密度函数得出，定义如下：

Si，j（f）=1N∑Nn=1Xin（f）Xjn（f）

另一种测量两个信号同步的量度是锁相值PLV（phase locking value），此方法仅考虑此信号的相位。

PLV= （3）

这里，Φi（t），Φj（t）是电极i，j的瞬时相位。这相位的计算可以通过希尔伯特（Hilbert）变换或复Gabor小波变换。在文献证明小波变换及希尔伯特变换的计算信号同步方面没什么差别虽然以上它不包含信号的幅度信息，但更适合测量脑电信号的同步现象。

本文所用脑电信号来源于江西科技学院信息技术研究所脑机接口实验室，受试者在实验室内，根据屏幕的指示，想象向左和向右运动，脑电获取装置会把受试者的脑电信号实时记录下来。通过对十个学生进行脑电获取和分析，计算脑电信号的PLV值，分析左右想象运动物理机制的个体差异性。通过对十个学生的脑电信号自我认证计算，结果表明利用PLV计算个体差异，能很好的认证出受试者，其准确率平均达到86%。（作者单位：江西科技学院信息中心）

本文受江西科技学院院级自然课题“基于相同步的个体脑电差异性研究”（编号XYKJ08YB02）资助

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