癫痫脑电信号分析.pdfVIP

中文摘要 癫痫是一种严重危害人类健康的常见慢性脑部疾病，其发作时表现为大脑 神经元兴奋性增高以及过度同步化放电，并导致短暂性中枢神经系统功能失常。 脑电图（EEG）是癫痫临床诊断的主要依据，也是抗癫痫药物副作用和手术后遗 症的重要评价指标。因此，脑电信号分析在癫痫的临床诊断、治疗和预后评估 中有重要价值。 脑电图是脑神经细胞电活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。在癫痫发 作过程中，表征脑神经元活动的脑电信号在不同的混沌状态之间转换，通过非 线性方法分析癫痫不同脑功能状态下脑电信号的混沌特性，有可能为癫痫预测、 控制以及阐明其发病机理提供理论依据。 本课题中我们将近似熵分析方法运用于临床癫痫患者脑电信号的分析，证 实了近似熵可以用于癫痫患者的背景脑电信号和痫样放电的鉴别检测。 同时，我们成功建立了匹罗卡品诱导的痫样放电大鼠模型，并采用近似熵 和似然同步方法分析了癫痫大鼠在无痫样放电、连续性痫样放电及周期性痫样 放电三种不同脑功能状态下的皮层和海马脑电信号，得到以下结果： 1．近似熵分析 （1）0.5~30Hz 的皮层和海马脑电信号的近似熵分析发现：从无痫样放电 向连续性痫样放电转换时，左右皮层和海马脑电信号的近似熵均显著降低 （p 0.01 ）。该结果证实，在痫样放电时相关脑区神经元活动从复杂的混沌 状态趋向于简单的同步活动。随时间演化的近似熵分析进一步证明了近似熵可 以鉴别背景脑电信号和痫样放电。 （2）分频段（δ：0.5~4.5Hz、θ：4.5~8Hz 、α：8~12Hz、σ：12~16Hz、β： 16~30Hz）皮层和海马脑电信号在不同脑功能状态之间转换时的近似熵分析发 现：从无痫样放电向连续性痫样放电转换时，左右皮层脑电信号δ节律的近似 熵显著升高（p 0.01 ），且其快波（2 ～4.5Hz ）成分的相对含量显著增多 （p 0.05 ），而脑电信号高节律（α、σ、β）的近似熵显著降低（p 0.05 ）， 可以推测各脑区癫痫脑电信号的复杂度在脑功能状态发生转换时的变化主要取 决于脑电信号高节律复杂度的变化；从连续性痫样放电向周期性痫样放电转换 时，δ 节律的近似熵显著降低（p 0.01 ），提示痫样放电的终止，可能与低节 律脑电活动的同步性增加有关。 2 ． 似然同步分析 （1）0.5~30Hz 的皮层和海马脑电信号的似然同步分析发现：从无痫样放 癫痫脑电信号分析研究 电向连续性痫样放电转换时，左皮层—左海马（LC—LH ）、右皮层—右海马 （RC—RH ）、左皮层—右皮层（LC—RC ）、左海马—右海马（LH—RH ）间 的同步性显著增强（p 0.05 ）, 反映了痫样放电的产生是由大量神经元过度同 步放电所致；从连续性痫样放电向周期性痫样放电转换时， LC—LH 、LH— RH 间的同步性显著降低（p 0.01 ），提示在该模型的痫样放电过程中，左侧 海马可能起着重要作用。随时间演化的似然同步分析表明似然同步可以动态地 刻画痫样放电过程中不同脑区之间神经细胞群活动的同步演化过程。 （2）分频段皮层和海马脑电信号在相同脑功能状态下的似然同步分析发 现：左右皮层和左右海马脑电信号各节律的同步性之间存在差异。其中无痫样 放电时，δ节律的同步性显著高于α、σ、β节律的同步性（p 0.01 ），提示在 痫样放电前δ节律可能已先于其它节律产生了类似于痫样放电的同步现象；连 续性痫样放电时，δ节律的同步性显著低于θ、α节律的同步性（p 0.05 ）， 该结果提示在痫样放电过程中较高节律的同步化可能占优势，并且δ节律与其 它节律的同步性差异可以区分不同的脑功能状态。 （3 ）分频段皮层和海马脑电信号在不同脑功能状态之间转换时的似然同步 分析发现：从无痫样放电向连续性痫样放电转换时，脑区间脑电信号各节律的 同步性显著增强（p 0.01 ）。结合相同脑功能状态下的分析结果可能预示了 在痫样放电过程中脑电信号高节律（α、σ、β）同步性增强可能占主导地位； 从连续性痫样放电向周期性痫样放电转换时，脑区间脑电信号除δ节律外其余 各节律的同步性显著降低（p 0.05 ），我们推测 δ 节律在痫样放电结束过程 中可能起着重要的作用。 通过以上分析可以看出，近似熵和似然同步分析方法均能较好地刻画癫痫 脑电信号的特征。由于近似熵反映的是