自然刺激下的多维度与多尺度脑电信号处理方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81471742
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2707.生物电磁成像
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In order to decode human brain activity during real-world experiences, ongoing EEG can be measured as one of the important approaches, instead of spontaneous EEG and event-related potentials (ERPs). Nevertheless, how to process and analyze the ongoing EEG is still an open question. In this project, when healthy adults and patients listen to pieces of naturalistic music, ongoing EEG will be collected, and the long-term and short-term musical features of the naturalistic music stimuli will be extracted. Subsequently, the time-frequency representation of ongoing EEG in different time scales will be used to construct the high-order tensor (multi-way array) including the modes of time, frequency, space and subject. Then, nonnegative tensor factorization will be applied to decompose the high-order tensor. Finally, the extracted temporal components (which are significantly correlated with the musical features) will be selected, and the corresponding multi-domain features of ongoing EEG will be analyzed for drawing conclusions. Particularly, the new tensor clustering algorithm in the tensor space will be developed to evaluate the stability of tensor decomposition results; the new coupled tensor decomposition algorithm (based on maximizing correlation of latent variables between two modalities) will be developed for more effectively extracting the evoked potentials (elicited by the naturalistic music stimuli); and the developed ongoing EEG signal processing method will assist to exploit the underlying mechanism why the musical therapy can function. The proposed research in the project is significant for the brain science research during real-world experiences.
与事件相关电位(由短时且重复刺激诱发)和自发脑电图(EEG)不同,自然刺激(比如音乐和电影等)下的EEG成像是研究人在真实经验中大脑加工的重要手段。如何处理和分析这种EEG是该研究的难点。本课题将采集健康受试者和患者在听音乐时的EEG数据,并提取音乐的长时和短时特征;然后分别在秒与分钟的时间尺度下,基于EEG的时频表述数据构建高阶张量(亦即多维数组,包含时间、频率、空间和被试维度);进而用非负张量分解算法对高阶张量进行分解;最后选择与音乐特征显著相关的时域分量,分析该分量所对应的 EEG多域特征,从而得出结论。特别地,发展张量空间的聚类方法来判定张量分解结果的稳定性;发展基于双模态数据(音乐和EEG)潜变量间相关性最大化的联合张量分解算法,从而更有效地提取出音乐所诱发的电位;为探讨音乐治疗发挥治疗作用的脑电生理机制提供技术支持。这些工作对通过EEG进行自然刺激下的脑科学研究有学术意义。

结项摘要

与事件相关电位(由短时且重复刺激诱发)和自发脑电图(EEG)不同,自然刺激(比如音乐和电影等)下的EEG成像是研究人在真实经验中大脑加工的重要手段。如何处理和分析这种EEG是该研究的难点。本课题采集健康受试者和患者在听音乐时的EEG数据,并提取音乐的长时和短时特征;然后分别在分钟的时间尺度下,基于EEG的时频表述数据构建高阶张量(亦即多维数组,包含时间、频率、空间和被试维度);进而采用非负张量分解算法对高阶张量进行分解,为了能够保证张量分解的收敛性和稳定性,我们采用一种最新的alternating proximal gradient (APG) 数值优化计算方法进行求解,得到了理想的结果;最后选择与音乐特征显著相关的时域分量,分析该分量所对应的 EEG多域特征,从而找到了与自然刺激诱发的大脑活动。特别地,发展张量空间(基于系数矩阵和成分矩阵形成的秩一张量)的聚类方法来进一步判定张量和矩阵分解结果的稳定性。为探讨音乐治疗发挥治疗作用的脑电生理机制提供技术支持。这些工作对通过EEG进行自然刺激下的脑科学研究有学术意义。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Adaptive independent vector analysis for multi-subject complex-valued fMRI data
多对象复值功能磁共振成像数据的自适应独立向量分析
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2017.01.017
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Neuroscience Methods
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Kuang Lidan;Lin Qiuhua;Gong Xiaofeng;Cong Fengyu;Calhoun Vince D.
  • 通讯作者:
    Calhoun Vince D.
Extracting multi-mode ERP features using fifth-order nonnegative tensor decomposition
使用五阶非负张量分解提取多模式 ERP 特征
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2018.07.020
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Wang, Deqing;Zhu, Yongjie;Cong, Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong, Fengyu
Examining stability of independent component analysis based on coefficient and component matrices for voxel-based morphometry of structural magnetic resonance imaging
检查基于系数和分量矩阵的独立分量分析的稳定性,用于基于体素的结构磁共振成像形态测量
  • DOI:
    10.1007/s11571-018-9484-2
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    COGNITIVE NEURODYNAMICS
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhang Qing;Hu Guoqiang;Tian Lili;Ristaniemi Tapani;Wang Huili;Chen Hongjun;Wu Jianlin;Cong Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong Fengyu
Tensor decomposition of EEG signals: A brief review
脑电图信号的张量分解:简要回顾
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2015.03.018
  • 发表时间:
    2015-06-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Cong, Fengyu;Lin, Qiu-Hua;Ristaniemi, Tapani
  • 通讯作者:
    Ristaniemi, Tapani
Multi-subject fMRI analysis via combined independent component analysis and shift-invariant canonical polyadic decomposition
通过独立成分分析和平移不变正则多元分解相结合的多受试者功能磁共振成像分析
  • DOI:
    10.1016/j.jneumeth.2015.08.023
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Neuroscience Methods
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Li-Dan Kuang;Qiu-Hua Lin;Xiao-Feng Gong;Fengyu Cong;Jing Sui;Vince D. Calhoun
  • 通讯作者:
    Vince D. Calhoun

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其他文献

改进的卷积神经网络实现端到端的水下目标自动识别
  • DOI:
    10.16798/j.issn.1003-0530.2020.06.018
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王小宇;李凡;曹琳;李军;张驰;彭圆;丛丰裕
  • 通讯作者:
    丛丰裕

其他文献

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基于声呐操作员大脑识别声信号神经机制特性的水下目标特征提取与自动识别研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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