结合脑电信号的实时功能磁共振成像数据分析及系统实现

本项目结合脑电（EEG）信号反映神经活动的实时特性和功能磁共振成像（fMRI）信号在空间的高分辨率特性，在实时功能磁共振（RT-fMRI）技术基础上，通过联合分析fMRI/EEG数据，实时观察并刻画人脑活动状态，通过适当的神经反馈模式，研究RT-fMRI/EEG在调节特定认知功能中的应用。项目围绕RT-fMRI数据的实时处理与分析、fMRI/EEG数据的实时联合分析、反馈模式与应用、RT-fMRI/EEG系统实现展开研究。本项目对多模态数据的分析以及神经反馈机制的探索有着重要的意义。

多模态成像技术的发展为研究大脑的多维特征提供了广阔的前景，其中EEG/fMRI联合采集与分析不仅可以动态跟踪大脑功能活动的空间分布，而且可以同时跟踪该活动中神经元集群在头皮表面放电活动的时间进程。本项目在实时功能磁共振成像（rtfMRI）技术的基础上，通过同步采集EEG数据并进行联合分析，实时刻画大脑活动的多维特征；借助适当的神经反馈模式，探索神经反馈在调节特定认知功能中的应用；最终实现fMRI/EEG的实时分析与反馈系统。取得主要成果如下：1、构建了一套完整的rtfMRI系统及rtfMRI/EEG系统，包括硬件系统的搭建和软件平台的集成与开发，获国家发明专利授权2项，软件著作权1项；2、对fMRI数据的实时分析和EEG数据的实时传输与降噪算法进行改进和应用，实现了算法的移植与实时实现；3、对静息态和任务态下的fMRI/EEG数据进行了联合分析，提取二者相关联的时空特征；4、针对工作记忆完成了基于fMRI和EEG的神经反馈训练实验设计与数据分析，在此基础上完成了基于工作记忆的fMRI/EEG的应用实验。上述研究成果系统地给出了结合脑电的实时功能磁共振技术算法理论研究和实际应用，深入地揭示不同模态间人脑高级认知功能的神经机制。