[发明专利]用于分析大脑活动的方法和系统

说明书

提供了一种用于构建哺乳动物受试者的大脑对多个重复外部刺激的响应状态的变化的表示的方法和系统。该方法和系统包括获取受试者在多个预定的时间段内的多个大脑活动测量值。所述测量值中的每一个都是该受试者在外部刺激呈现之前和之后的大脑活动测量值。该方法和系统通过处理器来进一步评估获取的大脑活动测量值对多个重复外部刺激的可变性，以及根据在该多个预定的时间段内所述大脑活动测量值的可变性生成大脑响应状态的变化的报告。

技术领域

本发明涉及一种用于分析从响应于重复刺激的大脑活动检测到的电信号的方法和系统。

背景技术

Hans Berger于1929年发表的论文描述了一种设备，该设备可以通过将电极放置在头皮上、放大信号并且绘制电压随时间的变化来测量大脑的电活动，这被公认为是首次报道的人类脑电图(EEG)。EEG中使用的电极的数量和位置、采样、分析和其他技术的发展有助于深入了解大脑活动，并且发现和理解信号的各种成分为进一步研究提供了丰富的领域，包括在20世纪60年代早期识别出第一个认知事件相关电位(ERP)成分。值得注意的是，自Berger的最初发现以来，外科学的进步已经使脑电图能够直接从大脑表面进行记录(脑皮层电图或ECoG)或从直接植入到大脑中的电极进行记录(立体脑电图或sEEG)。

还开发了其他技术来观察大脑在许多领域(包括研究认知)中随着时间推移的活动，这样的技术包括血氧依赖(BOLD)功能磁共振成像(fMRI)和功能近红外光谱(fNIRS)以及脑磁图(MEG)。

尽管使用了实际的技术，但是许多用于分析大脑活动的研究方法都采用了类似的实验方案，该方案涉及在一个或多个刺激(视觉、听觉或触觉/体感)呈现之前、期间和之后监测大脑活动，并且在一系列连续试验中对自发变化或刺激锁定变化进行量化。所使用的一种常见的实验范例是“特异刺激法(oddball paradigm)”，其中，呈现了两类刺激事件(罕见和频繁/典型)，其中，刺激的类别决定了受试者需要执行的行为任务。在分析使用“特异刺激法”并且实际上还使用其他实验范例的实验的结果时，跟踪在每个刺激之前、期间和之后检测到的电活动；对这些检测到的电活动进行滤波并且通常在多次试验中取平均值；以及将所得读数进行比较并进一步评估。

当使用这些不同的技术和方法研究与认知过程相关联的大脑活动时，典型的分析范例反映了一组假设(公开的或其他的)，这些假设要求与刺激相对应的不同认知感知(反映在测量的电活动变化中)是不变的和不同的神经过程的结果。然而，在每个单一会话中，即使对于同一个体，所记录的事件相关响应也是高度可变的，尽管有各种类型的预处理和伪影去除。通常，通过时间集合平均来解决所记录的活动中的这种可变性，而可变性被认为是由“神经生理学噪声”引起的。应理解，提供对大脑活动的进一步深入了解(特别是关于认知过程的深入了解)具有多种应用，包括监测麻醉、检测个体的警惕性(例如，重型车辆操作员)和评估个体大脑功能的纵向变化(疾病)。

因此，本披露内容的目的是解决先前方法的一些问题和缺点，并且至少为公众提供其他选择。

发明内容

本披露内容的特征和优点将在下面的描述中被阐述，并且部分将从所述描述中显而易见，或者可以通过实施本文中披露的原理而习得。本披露内容的特征和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于构建哺乳动物受试者的大脑对多个重复外部刺激的响应状态变化的表示的方法。该方法可以包括：

(i)获取受试者在多个预定的时间段内的多个大脑活动测量值，其中，所述测量值中的每一个都是所述受试者在外部刺激呈现之前和之后的大脑活动测量值；

(ii)使用处理器来评估获取的大脑活动测量值对多个重复外部刺激的可变性；以及

(iii)根据在所述多个预定的时间段内所述大脑活动测量值的可变性生成大脑响应状态的变化的报告。

可以根据以下大脑活动测量值的概率密度函数评估所述大脑活动的可变性：