[发明专利]一种近红外超扫描脑间信号分析方法

说明书

本发明公开了一种近红外超扫描研究脑间信号的分析方法，此方法包括如下步骤：S1.采集数据：通过近红外设备分别采集实验人员在完成社会互动任务时的血氧信号；S2.数据预处理：使用基于近红外设备自带软件或者MATLAB自编程序对血氧数据进行降噪处理；S3.脑间信号处理：对预处理之后的血氧数据信号使用小波相干算法计算脑间信号的相干性，格兰杰因果分析进一步确认方向性。

方法领域

本发明涉及一种近红外超扫描脑间同步性分析方法，属于神经数据信号处理技术领域。

背景方法

近红外光谱脑功能成像方法(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)是近年来新兴的一种非侵入式功能神经影像学方法。fNIRS进行脑功能成像的原理与fMRI相似，即大脑神经活动会导致局部的血液动力学变化。其主要利用脑组织中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对600-900nm不同波长的近红外光吸收率的差异特性，来实时、直接检测大脑皮层的血液动力学活动，进而通过观测这种血液动力学变化，即可通过神经血管耦合规律反推大脑的神经活动情况。近20年来，功能性近红外光谱方法的硬件设备的制造和改进以及数据处理方法日臻完善，使得这种利用近红外光观测大脑神经活动的功能性近红外光谱方法（fNIRS）进行各类认知活动的研究层次不穷，得到飞速发展。现在，fNIRS已经与脑电图（EEG、ERP）、功能磁共振成像（fMRI）等脑成方法一样，成为人类探索大脑奥秘的利器。

超扫描方法（Hyperscanning）是近几年研究社会认知活动中逐渐发展起来的一种新方法。它能同时测量社会交互过程中的两名或多名参与者的脑功能活动，为我们理解社会交互行为的认知神经机制开辟了新的视角。Montague等人在2002年首次使用磁共振超扫描方法进行了猜测对方信念的研究。但是，由于磁共振脑成像的方法限制，超脑扫描在社会认知中的优势并没有凸显出来。直到2011年之后，基于近红外脑功能成像的超扫描方法被应用于社会交互的研究中，超扫描方法才逐渐重新获得关注。近红外超扫描方法，是依托近红外光学成像设备而实现的同时记录两名以上实验被试脑影像信息的超扫描方法。近红外光谱成像方法的时间分辨率可达1s，空间分辨率约3cm（部分设备可达1.5cm）。近红外超扫描方法即保证了有效的时空分辨率，又因为其便携性以及可以运用到更广阔的被试群体（从婴幼儿到老年人，从正常人到非正常群体）。最重要的是近红外超扫描方法实现了在相同时间和空间下采集多名被试的数据，很好的规避了设备和信号的同源性问题，近红外超扫描方法从2011年至今已经取得了丰硕的成果。但目前脑间的血氧信号的同步性还主要是基于传统的相关性算法，还未考虑到脑间血氧信号的时-频同步性等信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种近红外超扫描研究血氧数据中脑间信号的分析方法，该方案适用性广泛，操作简单，适合推广，为研究人员快速掌握近红外扫描的研究成果提供帮助。

为了实现以上目的，本发明所采用的方法方案如下：

一种近红外超扫描脑间信号分析方法，该方法包括以下模块：数据采集模块、数据预处理模块、脑间信号处理模块。近红外超扫描脑间信号分析方法，包括以下步骤：

S1. 采集数据：通过近红外设备分别采集实验人员在完成社会互动任务时的血氧信号；

S2. 数据预处理：使用基于近红外设备自带软件或者MATLAB自编程序对血氧数据进行降噪处理；

S3. 脑间信号处理：对预处理之后的血氧数据信号使用小波相干算法计算脑间信号的相干性，格兰杰因果分析进一步确认方向性。

进一步的，所述步骤S1中的近红外光谱设备应为可以实现超扫描研究的近红外光谱设备。

进一步的，所述步骤S1中的超扫描实验采集的应该是社会互动中的双人或者多人的血氧信号。