因果關(guān)系在探求大腦效應(yīng)連接中的應(yīng)用.pdf

1、大腦是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，多個神經(jīng)元、神經(jīng)元集群或者多個腦區(qū)相互連接成龐雜的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并通過相互作用完成腦的各種功能。大腦是神經(jīng)系統(tǒng)的中心。神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜性的一個主要方面是涉及到系統(tǒng)的復(fù)雜形態(tài)，特別是神經(jīng)元素的相互連接性。神經(jīng)的連接模式長時間吸引著神經(jīng)解剖學(xué)家的注意，在決定神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)的功能特性方面起著至關(guān)重要的作用。腦連接模式可以分為結(jié)構(gòu)連接（解剖連接）、功能連接和效應(yīng)連接。結(jié)構(gòu)連接指的是物理或結(jié)構(gòu)上神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元

2、素的連接；功能連接是指相對空間較遠(yuǎn)的神經(jīng)單元之間的相互關(guān)系，體現(xiàn)了不同腦區(qū)域之間的統(tǒng)計依賴關(guān)系，不具有方向性；效應(yīng)連接描述的是一個神經(jīng)元素對另一個神經(jīng)元素方向性影響的網(wǎng)絡(luò)，具有方向性。為了探究大腦的效應(yīng)連接，本文以運動想象過程為研究對象，利用因果關(guān)系方法主要分析大腦三個區(qū)域（C3，Cz和C4所在的區(qū)域）的相互影響。
　　本文分別從時域和頻域，深入研究了兩個變量的格蘭杰因果（GC）關(guān)系和新型因果（NC）關(guān)系理論，同時將兩種因果關(guān)系進

3、行比較，區(qū)分它們的不同，發(fā)現(xiàn)格蘭杰因果關(guān)系的不足與新型因果關(guān)系具有的優(yōu)點。并且通過具體的例子模型，形象地表現(xiàn)出因果關(guān)系方法的應(yīng)用，以及兩種因果關(guān)系的不同之處。
　　運動想象任務(wù)作為本文的研究對象，我們需要深入了解有關(guān)它的相關(guān)知識。因此，本文研究了腦電信號（EEG）和腦-機接口（BCI）基礎(chǔ)、運動想象機制與特點。運動想象的Mu節(jié)律特點是本文關(guān)注一個重要內(nèi)容，因為因果關(guān)系需要在Mu節(jié)律上體現(xiàn)出來。研究的數(shù)據(jù)來自國際BCI競賽公開的運動

4、想象數(shù)據(jù)集，以體現(xiàn)出本文研究的真實性與可靠性。
　　本文研究的重點內(nèi)容是將因果關(guān)系方法運用于運動想象數(shù)據(jù)集的分析，發(fā)現(xiàn)C3，Cz和C4三個通道兩兩之間的因果影響。首先，通過功率譜分析，展現(xiàn)運動想象的Mu節(jié)律特點。然后，對于通道之間的因果關(guān)系，我們重點關(guān)注Mu節(jié)律上體現(xiàn)出的特征，比如因果關(guān)系值的大小比較，是否有峰值出現(xiàn)。通過對9位試驗者的27組數(shù)據(jù)的分析，我們得出以下結(jié)論：
　　1)想象左右手運動過程，Cz到C3/C4的因果關(guān)

5、系大于C3/C4到Cz的因果關(guān)系，即Cz區(qū)域?qū)3/C4區(qū)域有因果影響。
　　2)想象左手運動，C4到C3的因果關(guān)系大于C3到C4的因果關(guān)系，即C4區(qū)域?qū)3區(qū)域有因果影響。
　　3)想象右手運動，C3到C4的因果關(guān)系大于C4到C3的因果關(guān)系，即C3區(qū)域?qū)4區(qū)域有因果影響。
　　將GC的結(jié)果與NC的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)NC方法比GC方法能更準(zhǔn)確地表現(xiàn)出兩個時間變量的因果關(guān)系。
　　本文的因果關(guān)系應(yīng)用于運動想象腦電