创新研修课程实验报告new

创新研修课基于大脑不同活动的脑电复杂度的研究专业：计算机科学与技术学号：1110310105姓名：宁丹丹指导老师：李海峰

介绍（一）、研究工作背景及意义根据有关资料，大脑前额叶区与记忆这个大脑活动有密切的关系，记忆是我们大脑每天都要进行的活动，研究在大脑进行记忆时前额叶区的活动，可以寻找出提高记忆的方法，从而有助于提高我们的学习和工作的效率。（二）、相关的已有研究工作1.左前额叶(LPF)参与词的语义加工的功能成像，研究表明，左前额叶在产生词时的脑血流量比被动看词时多。LPF可能是复杂的支持记忆功能的皮质及皮质下结构网络的一部分;2.当实验采用精细复述提取范式时，即实验只提供提取环境,被试须经过主动回忆才能完成任务,类似于外显记忆的提取，发现大脑右侧PF激活。3.前额叶更多地参与记忆过程。并且它的不同部位与不同的信息加工有关,与空间信息有关的加工过程更多地激活dPFc,而颜色及物体等信息的加工则与前额叶的腹外侧部有关。4.目前仍不能直接地解释大脑活动和脑电LZC之间的联系，但是它对不同的被试是个敏感的参数，而且对不同的大脑认知状态也是有所反映的。5.研究者发现，正常人在不同的状态下脑电复杂度的变化表现出一定的规律性。如在睁眼状态下复杂度高于闭眼状态下的复杂度，在执行任务时额叶大脑活动区域复杂度降低，而对帕金森、精神分裂症病人的研究表明其脑电复杂度的变化趋势与正常人相反。另有研究模拟了高空飞行不同程度的缺氧条件，发现脑电复杂度对脑缺氧十分敏感。（三）、实验目的及实验假设实验目的：研究大脑前额叶区在进行不同回忆过程中的活动有什么不同，测出十名被试者在进行不同回忆过程的脑电数据，算出不同回忆过程的脑电复杂度，比较它们的不同。实验假设：在进行不同回忆过程时，大脑前额叶区的活动程度不同，相应的脑电复杂度也不同。二．实验方法（一）、被试信息被试平均年龄为20岁，有本科生，有研究生，来自不同的专业，男生女生各占一半，都是右手为利手，其中有一人之前做过脑部手术。（二）、刺激材料回忆质数过程：屏幕上出现提示，提示为不同的数字区间，让被试者回忆相应区间里的质数；心算过程：屏幕上出现计算式子及四个结果选项，让被试者经过心算后选出相应的结果；回忆诗句过程：屏幕上出现需要回忆的诗词的题目，让被试者尽自己最大的努力回忆诗句，开始时给被试者一些提示。（三）、实验过程记录被试者的信息，用发带记录被试者在进行上述过程时大脑前额叶的脑电数据，将数据进行滤波等一系列处理后，计算不同回忆过程的脑电复杂度，计算每个过程的复杂度时，应该选取一定的时间段，本实验选每秒为一时间段，去除一些无效的数据，计算出每秒的复杂度后，求其平均值，则该平均值为该过程的复杂度。（四）、分析方法1.用Lempel-Ziv算法算出大脑在进行各个活动时的复杂度，下面介绍Lempel-Ziv复杂度（LZC）（1）介绍与归一化：Lempel—Ziv复杂度算法是由Lempel和Ziv提出的一种用于度量随着序列长度的增加而新模式也增加的算法，表现了有限序列和随机序列的近似程度，序列的Lempel—Ziv复杂度越大，就越趋近于随机序列。脑电信号的Lempel—Ziv复杂度反映了脑电信号的信息量的大小，可以揭示大脑活动的相关规律。设长度为n的某时间序列按Lempel-Ziv算法得出{S（i）}中互异的子串个数为c（n），当n→∞，c（n）会趋向于定值n/logLn，则归一化复杂度的计算公式为：C=c（n）logLn/n。（2）物理意义：从复杂度的算法上可以看出，若序列段按时间顺序较多次的重复在其以前的序列段，该序列的复杂度较低；若序列段按时间顺序较少次的重复在其以前的序列段，该序列的复杂度较高。就是说，序列的复杂度越大，序列中的周期成分越少，序列越无规律，趋近于随机状态，序列包含的频率成分越丰富，说明系统的复杂性也越大；序列的复杂度越小，序列中周期成分越明显，越趋于周期状态，序列包含的频率成分较少，说明系统的复杂性越低。（3）算法流程图：开始开始将x(i)序列（0,1）二值化，如果x(i)>=mx;则si=1,否则sj=0初始化C(n)=1,i=1构造S、Q、SQπ，i=i+1Q属于SQπ，中的子串吗?Q是新串，相应c(n)=c(n)+1i>n吗？结束NNYY用b(n)归一化c(n)2.再用spss对各个复杂度进行比较，看其中的差异。实验结果算出每个过程的脑电复杂度，用SPSS分析数据。回忆诗词回忆质数心算过程闭眼放松看风景图放松注意圆的过程看风景图放松过程2平均值标准偏差guyuan0.28680.31350.32710.25580.26950.32970.29270.29640.02834783liuxun0.29170.26980.24610.29660.30840.33700.29750.29240.02870464ningdandan0.40910.39830.38580.39990.38010.40110.39170.39510.00990216qinyinxue0.29970.31730.30030.28580.28430.28580.30410.29680.01219588zhangxiaokun0.26230.24190.26870.28440.26880.29530.24480.26660.01938040zhangxiaopeng0.31510.27750.25850.26200.28690.26370.30270.28090.02178397zhongshangkun0.33040.35480.24730.25070.26950.27660.27380.28620.04073871zhouxiaomei0.42190.41260.40870.43070.40070.38800.22850.38440.07014166平均值0.32710.32320.30530.30820.30850.32220.29200.31240.01244015标准变差0.0581780.0613070.0633250.0684570.0525053670.0512421420.049023398SourceTypeIIISumofSquaresdfMeanSquareFSig.PartialEtaSquaredNoncent.ParameterObservedPowerafactor1SphericityAssumed.0061.0061.779.219.1821.779.218Greenhouse-Geisser.0061.000.0061.779.219.1821.779.218Huynh-Feldt.0061.000.0061.779.219.1821.779.218Lower-bound.0061.000.0061.779.219.1821.779.218Error(factor1)SphericityAssumed.0258.003Greenhouse-Geisser.0258.000.003Huynh-Feldt.0258.000.003Lower-bound.0258.000.003a.Computedusingalpha=.05注意非注意0.29880.22850.22850.22850.26370.31640.26370.35160.22850.17580.28130.15820.29880.14060.28130.22850.22850.22850.2636777780.228511讨论及结果（一）、分析结果分析数据得出，人在回忆诗词和回忆质数时的脑电复杂度要比放松时的大。而在做计算题时的复杂度比回忆过程的复杂度要小；被试处在注意的情况下时，脑电复杂度更高一点。由于存在数据比较少等原因，每个被试在进行每个过程