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Nature子刊 | 使用非侵入式超高密度记录方法绘制大脑中央沟图谱

本文评估了使用带有镀金电极点的柔性印刷电路板(PCB)的超高密度脑电图(uHD EEG)系统。电极间距离为8.6mm,电极直径为5.9mm,电极密度高于市场上市售的脑电图系统。图1a描绘了标准化的电极定位系统。10-20系统中的21个标准位置是深灰色的。图1a还包括另外两个系统:10-10系统(标记为填充的浅灰色圆圈)和扩展的10-10系统(标记为浅灰色圆圈)。本文中的uHD脑电图系统由图1a中的小黑圈和图1b,c中的填充小黑圆圈表示。使用MATLAB(R2019b)的EEGLAB工具箱对收集到的数据进行预处理。我们采用平均去除法进行基线去除,并对0.5~40Hz的数据进行时域变换。用标记“1”分为“试验×通道×时间样本”格式。

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随机振动 matlab,Matlab内建psd函数在工程随机振动谱分析中的修正方法「建议收藏」

随机信号的功率谱分析是一种广泛使用的信号处理方法,能够辨识随机信号能量在频率域的分布,同时也是解决多种工程随机振动问题的主要途径之一.Matlab作为大型数学分析软件,得到了广泛应用,目前已推出7.x的版本.Matlab内建了功能强大的信号处理工具箱.psd函数是Matlab信号处理工具箱中自功率谱分析的主要内建函数.Matlab在其帮助文件中阐述psd函数时均将输出结果直接称为powerspectrumdensity,也即我们通常所定义的自功率谱.实际上经分析发现,工程随机振动中功率谱标准定义[1]与Matlab中psd函数算法有所区别,这一点Matlab的帮助文档没有给出清晰解释.因此在使用者如没有详细研究psd函数源程序就直接使用,极易导致概念混淆,得出错误的谱估计.本文详细对比了工程随机振动理论的功率谱定义与Matlab中psd函数计算功率谱的区别,并提出用修正的psd函数计算功率谱的方法,并以一组脉动风压作为随机信号,分别采用原始的psd函数与修正后的psd函数分别对其进行功率谱分析,对比了两者结果的差异,证实了本文提出的修正方法的有效性.1随机振动相关理论1.1傅立叶变换求功率谱理论上,平稳随机过程的自功率谱密度定义为其自相关函数的傅立叶变换:Sxx()=12p+-Rxx(t)eitdt(1)其中,S(xx)()为随机信号x(t)的自功率谱密度,Rxx(t)为x(t)的自相关函数.工程随机振动中的随机过程一般都是平稳各态历经的,且采样信号样本长度是有限的,因此在实用上我们采用更为有效的计算功率谱的方法,即由时域信号x(t)构造一个截尾函数,如式(2)所示:xT(t)=x(t),0tT0,其他(2)其中,t为采样时刻,T为采样时长,x(t)为t时刻的时域信号值.由于xT(t)为有限长,故其傅立叶变换A(f,T)以及对应的逆变换存在,分别如式(3)、(4)所示:A(f,T)=+-xT(t)e-i2pftdt(3)xT(t)=+-A(f,T)ei2pftdt(4)由于所考虑过程是各态历经的,可以证明:Sxx(f)=limT1TA(f,T)2(5)在实际应用中,式(5)是作功率谱计算的常用方法.1.2功率谱分析中的加窗和平滑处理在工程实际中,为了降低工程随机信号的误差,一般对谱估计需要进行平滑处理.具体做法为:将时域信号{x(t)}分为n段:{x1(t)},{x2(t)},…,{xn-1(t)},{xn(t)},对每段按照式(5)求功率谱Sxixi(f),原样本的功率谱可由式(6)求得:Sxx(f)=1nni=1Sxixi(f)(6)如取一样本点为20480的样本进行分析,将样本分割为20段进行分析,每段样本点数为1024.将每段1024个样本点按照式(5)的方法分别计算功率谱后求平均,即可得到经过平滑处理的原样本的功率谱,这样计算出的平滑谱误差比直接计算要降低很多.另一方面,由于实际工程中随机信号的采样长度是有限的,即采样信号相当于原始信号的截断,即相当于用高度为1,长度为T的矩形时间窗函数乘以原信号,导致窗外信息完全丢失,引起信息损失.时域的这种信号损失将会导致频域内增加一些附加频率分量,给傅立叶变换带来泄漏误差.构造一些特殊的窗函数进行信号加窗处理可以弥补这种误差,即构造特殊的窗函数{u(t)},用{u(t)}去乘以原数据,对{x(t)u(t)}作傅立叶变换可以减少泄漏:Aw(f,T)=+-u(t)xT(t)e-i2pftdt(7)其中,Aw(f,T)为加窗后的傅立叶变换.u(t)xT(t)实际上是对数据进行不等加权修改其结果会使计算出

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时间序列和白噪声

1.什么是白噪声?  答:白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。白噪声或白杂讯,是一种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程。换句话说,此信号在各个频段上的功率是一样的,由于白光是由各种频率(颜色)的单色光混合而成,因而此信号的这种具有平坦功率谱的性质被称作是“白色的”,此信号也因此被称作白噪声。相对的,其他不具有这一性质的噪声信号被称为有色噪声。 理想的白噪声具有无限带宽,因而其能量是无限大,这在现实世界是不可能存在的。实际上,我们常常将有限带宽的平整讯号视为白噪音,因为这让我们在数学分析上更加方便。然而,白噪声在数学处理上比较方便,因此它是系统分析的有力工具。一般,只要一个噪声过程所具有的频谱宽度远远大于它所作用系统的带宽,并且在该带宽中其频谱密度基本上可以作为常数来考虑,就可以把它作为白噪声来处理。例如,热噪声和散弹噪声在很宽的频率范围内具有均匀的功率谱密度,通常可以认为它们是白噪声。 高斯白噪声的概念——."白"指功率谱恒定;高斯指幅度取各种值时的概率p (x)是高斯函数          高斯噪声——n维分布都服从高斯分布的噪声           高斯分布——也称正态分布,又称常态分布。对于随机变量X,记为N(μ,σ2),分别为高斯分布的期望和方差。当有确定值时,p   (x)也就确定了,特别当μ=0,σ2=1时,X的分布为标准正态分布。

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NeuXus开源工具:用于实时去除EEG-fMRI中的伪迹

摘要:同时获取脑电图和功能磁共振成像(EEG-fMRI)允许以高时间和空间分辨率对大脑的电生理和血流动力学进行互补研究。其中一个具有巨大潜力的应用是基于实时分析脑电图和功能磁共振成像信号进行目标脑活动的神经反馈训练。这依赖于实时减少严重伪迹对脑电图信号的影响,主要是梯度和脉冲伪迹。已经提出了一些方法来实现这个目的,但它们要么速度慢、依赖特定硬件、未公开或是专有软件。在这里,我们介绍了一种完全开源且公开可用的工具,用于同时进行脑电图和功能磁共振成像记录中的实时脑电图伪迹去除,它速度快且适用于任何硬件。我们的工具集成在Python工具包NeuXus中。我们在三个不同数据集上对NeuXus进行了基准测试,评估了伪迹功率减少和静息状态下背景信号保留、闭眼时α波带功率反应以及运动想象事件相关去同步化的能力。我们通过报告执行时间低于250毫秒证明了NeuXus的实时能力。总之,我们提供并验证了第一个完全开源且与硬件无关的解决方案,用于实时去除同时进行的脑电图和功能磁共振成像研究中的伪迹。

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NeuroImage:警觉性水平对脑电微状态序列调制的证据

大脑的瞬时整体功能状态反映在其电场构型中,聚类分析方法显示了四种构型,称为脑电微状态类A到D。微状态参数的变化与许多神经精神障碍、任务表现和精神状态相关,这确立了它们与认知的相关性。然而,使用闭眼休息状态数据来评估微状态参数的时间动态的常见做法可能会导致与警觉性相关的系统性混淆。研究人员研究了两个独立数据集中的微状态参数的动态变化,结果表明,微状态参数与通过脑电功率分析和fMRI全局信号评估的警觉性水平有很强的相关性。微状态C的持续时间和贡献,以及向微状态C过渡的概率与警觉性正相关,而微状态A和微状态B则相反。此外,在寻找微状态与警觉性水平之间对应关系的来源时,研究发现警觉性水平对微状态序列参数的格兰杰因果效应。总而言之,本研究的发现表明,微状态的持续时间和发生具有不同的起源,可能反映了不同的生理过程。最后,本研究结果表明,在静息态EEG研究中需要考虑警觉性水平。

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FPGA图像处理之高斯滤波算法理论篇

对计算机视觉、多媒体应用、通信技术等领域来说,实时的数字图像处理是其中的重点学科之一。传统的前端数字信号处理(Digital SignalProcessing,DSP)算法,例如 FFT、FIR、IIR 滤波器,大多都是利用 ASIC 或者 PDSP 来构建的,在硬件的实现中很难满足实时性的要求。现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Arrays, FPGA)技术在数字信号处理中的应用,将逐渐成为前端信号处理的主流。而滤波器算法在信号处理、信号检测、通信领域有着重要的作用,在实时信息处理系统中,对滤波器的性能和处理速度有着严格的要求,特别是在满足系统性能的条件下,处理速度至关重要。

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Nature子刊:大脑时间工具箱-将电生理数据与脑动力学结合

神经科学的目的是通过分析复杂的脑细胞群活动模式来理解大脑中的认知,但问题是数据时间格式影响分析。大脑是一个有自己的动态和时 间机制的系统,不同于人为定义的时间系统。在这里,我们展示了脑时间工具箱,这是一个软件库,它可以 根据协调认知神经模式的振荡来重新调整电生理学数据。这些振荡不断地减慢、加速又经历突然变化,导致大脑内部 机制和时间机制间的不和谐。工具箱通过将数据转变为协调振荡的动力学数据,设置振荡周期作为数据的新时间轴来克服机制间不和谐。从而研究大脑中的神经模式,有助于神经科学探究动态认知,本文演示了 工具箱如何显示在默认时钟时间格式中没有的结果。

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DEAP:使用生理信号进行情绪分析的数据库(三、实验分析与结论)

研究人员提出了一个分析人类情感状态的多模态数据集DEAP。该数据集来源于记录32名参与者的脑电图(EEG)和周围生理信号,每个人观看40段一分钟长的音乐视频片段。参与者根据唤醒,效价,喜欢/不喜欢,主导和熟悉程度对每个视频进行评分。在32位参与者中,有22位还录制了正面面部视频。提出了一种新颖的刺激选择方法,该方法通过使用来自last.fm网站的情感标签进行检索,视频高亮检测和在线评估工具来进行。提供了对实验过程中参与者评分的广泛分析。脑电信号频率和参与者的评分之间的相关性进行了调查。提出了使用脑电图,周围生理信号和多媒体内容分析方法对唤醒,效价和喜欢/不喜欢的等级进行单次试验的方法和结果。最后,对来自不同模态的分类结果进行决策融合。该数据集已公开提供,研究人员鼓励其他研究人员将其用于测试他们自己的情感状态估计方法。

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中青年人脑白质的年龄效应和性别差异:DTI、NODDI 和 q 空间研究

本文使用先进的扩散磁共振成像(dMRI)研究了中青年人脑白质的微观结构变化。使用混合扩散成像(HYDI)获得多shell扩散加权数据。HYDI方法用途广泛,并使用扩散张量成像(DTI)、神经突定向扩散与密度成像(NODDI)和q空间成像方法分析数据。本研究包括24名女性和23名男性被试,年龄在18至55岁之间。在整个大脑的48个白质感兴趣区域(ROI)中使用最小二乘线性回归测试了年龄和性别对扩散指标的影响,并对ROI进行了多重比较校正。在这项研究中,投射到海马或大脑皮层的白质是对大脑衰老最敏感的区域。具体来说,在这个从青年到中年的队列中,年龄效应与白质纤维更分散有关,而组织限制和轴突内体积分数保持相对稳定。NODDI的纤维弥散指数对老化表现出最显著的敏感性。此外,这一年龄队列中DTI指数的变化主要与纤维弥散指数相关,而不是与NODDI的细胞内体积分数或q空间测量值相关。虽然男性和女性的衰老率没有差异,但男性的轴突内体积分数往往高于女性。这项研究表明,使用HYDI采集和NODDI分区建模的高级dMRI可以阐明对年龄和性别敏感的微观结构变化。最后,本研究深入了解了DTI扩散指标与NODDI模型q空间成像的高级扩散指标之间的关系。

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