【摘 要】
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稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potentials,SSVEP)在脑机接口和医学等领域的应用研究成为国内外研究热点。然而目前这些应用研究主要还局限于在实验室中进行,离实际应用还有较长的距离。一个主要原因是这些应用系统还缺乏通用性。因为不同年龄人群的视皮层神经元膜的含水量不同,相应的膜等效电容和电导也不一样,使得相同的光刺激下诱发的大脑空间电场和SSVEP存
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稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potentials,SSVEP)在脑机接口和医学等领域的应用研究成为国内外研究热点。然而目前这些应用研究主要还局限于在实验室中进行,离实际应用还有较长的距离。一个主要原因是这些应用系统还缺乏通用性。因为不同年龄人群的视皮层神经元膜的含水量不同,相应的膜等效电容和电导也不一样,使得相同的光刺激下诱发的大脑空间电场和SSVEP存在较大差异,特别是在老人和青少年之间,这种差异性更显突出。尽管目前已有少量的研究老年和年轻人SSVEP差异性的研究结果发表,但不同团队实验内容和条件差异较大,实验结果重复性较差,给通过实验结果来归纳和总结年龄因素变化对SSVEP的影响规律带来较大困难。因此需要从理论上探讨年龄因素变化对SSVEP及其α波特性的影响规律,以此有效指导不同年龄人群完成SSVEP信号的有效采集,提高他们使用基于SSVEP的脑机接口和临床医学应用系统的精度。为此,本文分别采用理论仿真和实验两种方法研究年龄参数变化对SSVEP及其α波的影响。具体研究工作如下:1.不同年龄人群的神经元膜离子通道特性有所差异,即使对同一个人,其神经元离子通道平衡电位也将随着年龄的增大而变化。本文基于神经元的Hodgkin-Huxley等效电路模型,在相同的外刺激条件下,通过仿真研究不同年龄人群神经元膜离子通道平衡电位和神经元膜发放动作电位的变化关系,以初步了解年龄参数变化对神经元膜电位的影响规律。仿真结果表明:在相同的外刺激条件下,当神经元膜离子通道的平衡电位绝对值减小时,神经元膜动作电位峰值相应减小。当离子通道平衡电位绝对值下降到一定程度时,神经元膜电位变化难以超过能诱发动作电位产生的阈值。由于视皮层神经元膜离子通道平衡电位决定于离子通道的钠、钾等离子浓度,且膜离子浓度和人的年龄密切相关,故可以推测在其它生理条件和外刺激条件相同情况下,年龄因素决定了神经元膜动作电位是否发放与其峰值大小,造成SSVEP也会存在差异,对老年人和年轻人而言,该差异更明显。2.实验研究了年轻和老年人组在不同脑区的SSVEP变化特性,并采用Wilconxon符号秩检验分别对年轻组和老年组的平均SSVEP幅值作统计学分析。结果表明:在相同闪烁光脉冲刺激条件下,不论在枕区还是在顶枕区,老年组的SSVEP幅值均小于年轻组的,且二者差别有统计学意义,说明年龄因素变化对SSVEP产生较大影响。3.用希尔伯特变换计算SSVEP的α波和视觉刺激信号的瞬时相位,用二者相位差的归一化香农熵来评价α波的同步程度,实验研究年龄因素变化对大脑SSVEP的α波相位同步规律的影响。结果表明:在相同测试条件下,尽管两个年龄组SSVEP的α波同步程度均出现“阿诺德舌头”变化规律,即在±3Hz、2±3Hz、4±3Hz频段中,中心频率处的SSVEP的α波同步程度最高,往两边呈现逐渐下降趋势,但老年组SSVEP的α波同步程度均低于年轻组。实验结果也进一步说明年龄因素对SSVEP变化特性产生影响。4.本文实验结果和仿真均表明,在相同的外刺激条件下,老年人和年轻人的SSVEP变化特性存在较大差异。无论是SSVEP的幅值还是其α波和刺激信号的相位同步程度,老年人的数值均小于年轻人。这些结果有助于人们进一步加深对大脑衰老的电生理学特性的理解,也为临床医学和治疗提供了一些有意义的理论和实验依据。
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