脑电信号是大脑皮层神经元群同步电活动的外在表现,脑电信号间的同步关系是大脑皮层信息传递与功能整合的重要特征。研究大脑皮层不同区域脑电信号间的同步关系已经成为脑神经领域研究的热点。本课题主要研究人体上肢动作时大脑皮层运动相关区域脑电信号的同步关系。设计了握力实验,采集了健康受试者和脑卒中病人的脑电信号。基于采集到的脑电信号,进行了双通道脑电信号的相干性分析、双通道脑电信号的双向耦合性分析、多通道脑电信号的同步性分析,从多个角度对脑电信号间的同步关系做了详尽的研究。本课题的主要内容如下:(1)双通道脑电信号的相干性分析。针对传统的互信息对数据长度依赖较大的问题,引入了排列模式,并考虑到生理系统是跨越多个尺度的复杂系统,采用多尺度加权排列互信息来表征多尺度多频段脑电信号的相干性,分析健康受试者与脑卒中患者握力输出时皮层运动区与感觉区双通道脑电信号的同步关系。研究发现握力输出时对侧运动区与感觉区脑电信号的同步强度在β频段最为显著,脑卒中病人脑电信号的同步强度小于健康人,健康受试者在不同握力下脑电信号的同步强度随着握力的增大有增大的趋势。(2)双通道脑电信号的双向耦合性分析。针对相干性无法研究脑电信号间信息流交互方向的问题,应用多尺度排列传递熵分析健康受试者和脑卒中病人握力输出时皮层运动区与感觉区双通道脑电信号的双向耦合关系。研究发现健康人与脑卒中病人皮层运动区与感觉区的脑电信号存在双向耦合关系;脑电信号在β频段的耦合强度最强;对β频段脑电信号做耦合分析发现,惯用手握力输出时对侧脑区较非惯用手握力输出时拥有更强的信息交互能力,脑卒中病人的皮层运动区与感觉区的信息交互能力较健康人弱。(3)多通道脑电信号的同步性分析。双通道脑电信号分析无法研究整个大脑皮层或是皮层某一区域整体的同步关系,针对这一问题本课题引入了 S估计器算法,将原有的双通道脑电信号同步分析拓展为多通道脑电信号的同步分析。对健康受试者与脑卒中病人大脑皮层中央沟前后区域的多个通道的脑电信号做同步性分析,发现位于中央前回运动区的C3、C4通道与位于中央后回感觉区的CP5、CP6通道的同步性较强,区域内的整体的同步强度在β频段最为显著;分析脑电信号在β频段的同步强度,发现脑卒中病人中央沟前后区域内脑电信号的同步性较弱,皮层的信息交互能力较健康人有所减弱。