基于癫痫脑电信号的大脑连通性研究

Nowadays, one of the research focuses on preoperative assessments of refractory epilepsy surgery and epileptic pathogenesis is the precise positioning of the epileptic foci and brain normal functional areas by means of the brain effective connectivity (various types of causal influences) analysis of EEG (Electroencephalography) signals recorded in the different brain regions. This project plans to study the following algorithms detecting brain effective connectivity: 1) the estimation techniques of the key parameters which play a key role in information theory based transfer entropy, 2) transfer entropy identifying the causal influences between two signals will be extended to handle multiple signals simultaneously so as to identify and distinguish the direct or indirect causal influences between the signals, 3) the improvement of the model order parameter estimation techniques in phase slope based causality index, Granger causality index and dynamical causal modeling. By studying the above issues, the accuracy and robustness of these algorithms to detect brain effective connectivity will be enhanced. And, optimizing the operational efficiency and time of these algorithms satisfies the clinical application.

通过分析大脑不同区域记录的脑电信号，研究它们之间的大脑效应连通性（各种不同类型的因果联系）来精确定位癫痫病灶区域和脑正常功能区域等大脑不同区域已成为当前难治性癫痫手术术前评估和癫痫发病机理等领域的研究热点之一。本项目对大脑效应连通性主要进行如下方面的研究：1）研究转移熵算法中起关键作用的参数的最优估计与选取问题；2）研究将分析两个信号的转移熵算法推广到同时处理多个信号时，识别和区分信号间直接和间接的因果联系的问题；3）研究基于相位斜率的因果索引算法、Granger因果索引算法和动态因果模型算法中的模型参数最优估计技术。通过研究并解决上述问题，进一步提高这些算法识别和区分大脑效应连通性的准确性和鲁棒性；然后对上述算法的运行效率和运算时间进行优化，使其能够满足于临床应用。

癫痫是一种常见的慢性脑部疾病，严重影响患者的身体健康和工作。而通过分析大脑不同区域记录的脑电信号，研究它们之间的大脑效应连通性（各种不同类型的因果联系）来精确定位癫痫病灶区域和脑正常功能区域等大脑不同区域已成为当前难治性癫痫手术术前评估和癫痫发病机理等领域的研究热点之一。本项目对大脑效应连通性主要进行如下方面的研究：1)对熵和互信息中起关键作用的密度函数估计进行了研究；2）对动态因果模型算法进行了改进，使其更有效地检测大脑信号的效应连通性；3）对基于自回归模型的相位因果索引系列算法、Granger因果索引算法和PDC算法中起重要作用的模型参数估计方法进行了研究。在研究上述要点的同时，我们也对科研中新发现的问题进入了深入了的研究，如研究了基于非线性自回归模型的NPDC算法等等。同时，我们也对真实癫痫脑电信号进行了分析和处理。.在本项目的支持下，研究组发表学术论文9篇，申请专利8篇。上述研究工作增强了大脑效应连通性算法检测癫痫脑电信号之间因果关系的有效性和鲁棒性，使其进一步能应用于临床。此外，该项目联合培养和指导了5名研究生。.