[发明专利]基于EEG的认知功能可视化系统

说明书

本发明公开了一种基于EEG的认知功能可视化系统。本发明包括可视化模块、数据计算模块和存储模块。可视化模块主要基于Unity3D平台，用于交互操作和可视化的效果实现，能够通过交互调用数据计算模块、读取本地存储模块内的数据；数据计算模块主要是一些Python文件，用于从存储模块读取数据后执行所需程序，将结果反馈到可视化显示模块以及将数据保存到本地存储模块内；存储模块用于存储数据。本发明使用方便、快速准确，从通道和脑区多个角度展现连通性可视化效果，使用多个功能连通性指标多方面分析大脑功能连通性，研究静态以及动态脑功能连通性的3D变化，从而便于研究人员分析和判断脑认知功能。

技术领域

本发明涉及一种认知功能可视化系统，尤其是一种基于脑电信号(EEG)的认知功能可视化系统。

背景技术

目前已有大量结果表明认知功能与脑连通性相关，许多人类和动物研究都强调了大脑连通性的重要，这些研究提供了有用且有意义的信息来解释各种大脑认知功能的变化。大脑连通模式主要分为三种：解剖连接性(Anatomical connectivity)、功能连接性(Functional connectivity，FC)和有效连接性(Effective connectivity)。其中，考虑到解剖学连接性的定义尚未明确，而有效连接因含有系统间接的影响导致结果会产生虚假连接，因此本系统主要实现功能连接性的可视化。

功能连接性被定义为“空间远程神经生理事件之间的时间相关性”，其实就是用某种方法来测量两种信号之间的依赖或相关程度。主要通过使用功能性成像，例如功能性磁共振成像(fMRI，functional magnetic resonance imaging)、扩散张量成像(DTI)和脑电信号(Electroencephalogram，EEG)分析。相比于fMRI和DTI，EEG作为一种更为实用且方便的方法用于探索功能性大脑连接的时间变化，以非侵入性方式记录毫秒级的神经元活动，由于脑电图(EEG)具有非侵入性、易于使用且临床可用的特点，基于EEG进行功能连通性成了一大主流。

对于正常的大脑高级认知功能来说，往往并不仅仅是单独的某个脑区在起作用，而是更加依赖于不同脑区之间的相互协同工作，因此研究不同脑区的功能连接对我们理解大脑的大脑高级认知功能机制来说非常重要。

近年来，有大量的研究团队致力于实现认知功能的可视化，但是在实际应用中，现有的可视化系统存在以下几点不足之处：基于EEG的脑连通性可视化3D效果可视化通常以基于MATLAB的工具包的形式和基于Linux操作系统的软件包的形式，尚未有单独可以直接使用的可视化系统；而目前已有的可视化通常为3D效果的静态脑地形图的效果，不够直观展现脑连通性的变化；除此之外，这些可视化工具包通常只对某一种脑功能连通性指标进行评估，效果较为单一。

在考察分析上述不足的情况下，我们将EEG与脑功能连接性进一步结合，并探索其在3D效果静态以及动态可视化上的应用。本发明提出了一个基于EEG的认知功能可视化系统，从功能连通性的角度出发实现多个评估指标连通性的3D静态和动态效果可视化，并设计了一个有向加权距离的算法，用于提取脑网络中心节点和路径长度，能够更好地分析结果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有系统方案在认知功能可视化系统中存在的缺陷，提出了一个基于EEG的认知功能可视化系统，从通道和脑区研究脑功能连通性静态以及动态的3D变化；采用了多个功能连通性指标，从相干性、相关性以及相位同步指数多个方面分析大脑功能连通性；提出了有向加权距离的算法，构建有向加权脑网络，提取中心节点和路径长度，生成有向加权度，有利于结果更加明显、便于分析。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于EEG的功能连通性可视化系统主要由三个部分组成：可视化模块、数据计算模块和存储模块；