基於相同步方法的大腦個體差異性研究
前沿探索
作者：王平
摘要：相同步理論已經很好的被引入腦電信號分析，本文利用相同步理論對大腦個體差異性進行研究，通過對腦電信號的PLV值進行計算，提取特征，最終計算腦電信號自我認證值，得出結論是準確率平均達到86%，說明很好的識別了受試者。
關鍵詞：腦電信號；相同步；個體差異
在控製運動腦電分類方麵研究，主要集中在體育運動心理學和腦機接口係統方麵研究。在體育運動心理學的應用，通過利用運動員在大腦中想象所進行的各種運動，通過對腦電信號進行監測，提高訓練效果。在腦機接口係統的應用，通過對不同的大腦控製運動意識產生腦電信號進行分析，提取出相應的腦電信號特征，利用一定的外部儀器，還原大腦的想象的運動，以達到對殘障人士運動的輔助作用。
當今國內外對控製運動腦電信號分析和研究，基本上是把腦電信號作為一種特殊的信號，利用各種信號分析方法，例如傅立葉變換、小波變換、拉普拉斯變換、主成分分析、獨立成分分析等，把腦電信號進行不同形式的變換抽取出特征。對控製運動腦電信號分析主要麵臨兩個難題，一是分類準確率，特別是對於多種運動組合，分類準確率還不能達到實用的需求，二是對於相同的方法，如果被試者不同，分類準確率相差較大。
為了準確的提出想象運動的腦電特征，把腦電信號分析回歸大腦的想象生理機製，是現在國內外對腦電信號分析的發展趨勢。如今很多場合都需要進行身份認證，身份認證腦電研究和以往應用運動想象腦電信號進行BCI研究不同，以往的BCI腦電信號研究是分析不同受試者的腦電信號中的共同特征，從而提取出來投入運用，而身份認證腦電信號的研究，則是提取出能反映受試者本人和他人不同的腦電信號特征，從而達到利用此特征來找到該受試者的目的。
把相同步理論應用於腦電信號分析，已經有很多成功的例子。目前有許多方法去測量在信號xi（t）和xj（t）之間的同步，用於分析同步較普通的方法是經典的相幹（一致性）Cohij（f）。相幹函數由信號xi（t）和xj（t）（代表兩電極i，j）的互譜密度函數得出，定義如下：
Si，j（f）=1N∑Nn=1Xin（f）Xjn（f）
另一種測量兩個信號同步的量度是鎖相值PLV（phase locking value），此方法僅考慮此信號的相位。
PLV= （3）
這裏，Φi（t），Φj（t）是電極i，j的瞬時相位。這相位的計算可以通過希爾伯特（Hilbert）變換或複Gabor小波變換。在文獻證明小波變換及希爾伯特變換的計算信號同步方麵沒什麼差別雖然以上它不包含信號的幅度信息，但更適合測量腦電信號的同步現象。