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书名:同步脑电-功能磁共振(EEG-fMRI)原理与技术
定价:75.0
ISBN:9787030399830
作者:雷旭,尧德中 著
版次:1
出版时间:2009-09
内容提要:
本书以作者相关研究工作为基础,结合同步EEG-fMRI领域的…新发展写出。内容深入浅出,兼顾理论的系统性和内容的实用性,力图系统地展示同步EEG-fMRI这一新技术的概貌,挖掘该技术在脑功能研究中的巨大潜力。 全书包括三篇共13章内容。第一篇为概论,介绍同步技术的电生理,基础与发展历史,同步记录的软硬件基础,实验设计与基本分析方法;第二篇为融合策略与方法,从时间预测、空间约束和对称融合三个方面进行介绍,并探讨了脑区间的功能连接和因果连接;第三篇为应用,主要从癫痫、静息态、睡眠和认知等方面进行介绍。
目录:
目 录 前言 第一篇 概 论 第1章 EEG和fMRI的生理基础 ..........................................3 1.1 大脑解剖结构 ....................................................3 1.2 EEG的产生机制 .................................................. 1.2.1 锥体细胞与脑电 ..............................................5 1.2.2 脑电节律 ....................................................6 1.3 fMRI成像原理 ..................................................6 1.4 同步采集的神经生理基础 ..........................................7 1.4.1 突触输入、神经元输出与 BOLD信号 ................................7 1.4.2 BOLD负向响应相关的神经活动 ....................................9 1.4.3 fMRI自发振荡相关的神经活动 ....................................9 参考文献 ............................................................第2章 同步EEGG fMRI的发展历史 ........................................12 2.1 同步EEGG fMRI产生的背景 ......................................12 2.1.1 脑电 ......................................................12 2.1.2 事件相关电位 ................................................13 2.1.3 功能磁共振 ..................................................14 2.1.4 同步采集的发展 .............................................. 2.2 同步EEGG fMRI的应用 ..........................................18 2.2.1 癫痫 ......................................................18 2.2.2 脑静息态 ....................................................19 2.2.3 睡眠 ......................................................19 2.2.4 认知功能 .................................................... 2.3 同步EEGG fMRI的前景 ..........................................20 参考文献 ............................................................22第3章 同步记录及其技术原理 ............................................24 3.1 设备和装置 ......................................................24 3.1.1 整体结构 ....................................................24 3.1.2 安全性 ....................................................24 3.1.3 材料 ...................................................... 3.1.4 磁谐放大器 ..................................................26 3.1.5 同步盒 ....................................................26 3.2 磁谐电极帽 ......................................................26 3.2.1 电极导线连接方法 ............................................26 3.2.2 国际10G20系统 ..............................................27 3.2.3 导联与参考电极 ..............................................28 3.2.4 安全注意事项 ................................................28 3.3 数据质量 ........................................................29 3.3.1 影像伪迹 ....................................................29 3.3.2 EEG伪迹去除 ................................................29 3.4 同步扫描的基本要求 ..............................................32 3.4.1 EEG系统技术指标 ............................................32 3.4.2 fMRI系统技术指标 ............................................32 参考文献 ............................................................33第4章 实验设计与基本分析方法 ..........................................35 4.1 自发活动范式 ....................................................35 4.2 刺激驱动范式 ....................................................36 4.2.1 实验设计流程 ................................................36 4.2.2 案例一 :行为监控任务 ........................................38 4.2.3 案例二 :视觉注意任务 ........................................39 4.3 融合模型及算法 ..................................................41 4.3.1 基于 fMRI约束的 EEG成像 ....................................41 4.3.2 基于 EEG信息的 fMRI分析 ....................................42 4.3.3 EEGG fMRI对称融合 ..........................................43 4.3.4 融合方法的研究前沿 ..........................................44 4.4 融合的开源软件 ..................................................45 4.5 本章小结 ........................................................46 参考文献 ............................................................46 第二篇 融合策略与方法 第5章 基于 fMRI约束的 EEG成像 ........................................53 5.1 引言 ............................................................53 5.2 方法原理 ........................................................54 5.2.1 经验贝叶斯模型 ..............................................54 5.2.2 先验信息 ....................................................55 5.2.3 网络先验与网络源定位 ........................................55 5.2.4 约束…似然估计 ............................................57 5.2.5 NESOI的处理流程 ............................................57 5.3 模拟实验检验 ....................................................59 5.3.1 正演模型 ....................................................59 5.3.2 模拟 EEG数据 ..............................................59 5.3.3 评价指标 ....................................................60 5.3.4 模拟实验结果 ................................................60 5.4 真实数据检验 ....................................................63 5.4.1 多模态人脸识别研究 ..........................................63 5.4.2 痫样放电的定位 ..............................................67 5.5 结果讨论 ........................................................71 5.6 本章小结 ........................................................72 参考文献 ............................................................73第6章 基于 EEG信息的 fMRI分析 ........................................76 6.1 EEG驱动的广义线性模型 ........................................76 6.1.1 自发事件的识别与分类 ........................................76 6.1.2 节律能量建模 ................................................78 6.2 基于 EEG信息的 fMRI分析 ......................................79 6.2.1 提取单试次 ERP特征 ..........................................79 6.2.2 构造广义线性模型 ............................................80 6.2.3 解卷积法 ....................................................80 6.2.4 经验贝叶斯模型 ..............................................82 6.3 多元分析与模式识别 ..............................................84 参考文献 ............................................................85第7章 EEGG fMRI对称融合 ..............................................87 7.1 时空对称融合 ....................................................87 7.1.1 STEFF的核心算法 ............................................87 7.1.2 数据预处理 ..................................................89 7.1.3 分组 ICA ..................................................89 7.1.4 STEFF的处理流程 ............................................89 7.2 模拟实验检验 ....................................................90 7.2.1 模拟数据 ....................................................91 7.2.2 分组 ICA ..................................................91 7.2.3 实验结果 ....................................................92 7.3 讨论 ............................................................95 7.3.1 STEFF与分组 ICA ............................................95 7.3.2 STEFF与数据 /模型驱动的融合 ..................................95 7.3.3 EEG与fMRI间的稀疏匹配 ......................................96 7.3.4 STEFF对融合的贡献 ..........................................96 7.4 本章小结 ........................................................98 参考文献 ............................................................98第8章 多模态功能网络连接 ..............................................100 8.1 功能连接与功能网络连接 ........................................100 8.1.1 功能连接 ..................................................100 8.1.2 功能网络连接 ..............................................100 8.2 多模态功能网络连接 ............................................101 8.2.1 功能网络提取 ..............................................102 8.2.2 功能网络连接分析 ............................................102 8.2.3 模态间的匹配 ..............................................103 8.2.4 图论分析 ..................................................103 8.3 仿真实验 ......................................................104 8.3.1 功能网络连接分析流程 ........................................106 8.3.2 功能网络连接分析的稳定性 ....................................107 8.4 视觉任务 ......................................................108 8.4.1 实验设计与数据获取 ..........................................108 8.4.2 数据预处理 ................................................109 8.4.3 功能网络提取 ..............................................110 8.4.4 模态间匹配 ................................................111 8.4.5 功能网络连接分析 ............................................112 8.4.6 图论分析 ..................................................114 8.5 结果与讨论 ....................................................115 8.5.1 功能连通性 ................................................115 8.5.2 模态间的配准 ..............................................115 8.5.3 功能网络连接 ..............................................116 8.5.4 多模态功能网络连接 ..........................................116 8.5.5 本方法的局限性 ............................................117 8.6 本章小结 ......................................................117 参考文献 ............................................................118第9章 基于 ICA的融合框架 ............................................120 9.1 引言 ..........................................................120 9.2 混合的融合 ....................................................120 9.2.1 互补的神经生理特征 ..........................................121 9.2.2 基于 ICA的融合 ............................................122 9.3 时空对称融合 ..................................................124 9.3.1 STEFF ....................................................124 9.3.2 变分贝叶斯推断 ............................................126 9.3.3 融合中的阴阳特征 ............................................127 9.4 大尺度脑网络 ..................................................128 9.4.1 功能网络连接 ..............................................128 9.4.2 多模态功能网络连接 ..........................................128 9.5 讨论 ..........................................................129 9.5.1 模型驱动与数据驱动的融合 ....................................129 9.5.2 EEGG fMRI融合的科学问题 ....................................130 9.6 本章小结 ......................................................130 参考文献 ............................................................130 第三篇 应 用 第10章 癫痫 ..........................................................135 10.1 癫痫研究背景 ..................................................135 10.1.1 癫痫放电的 fMRI分析 ........................................135 10.1.2 癫痫的 EEG成像 ............................................136 10.1.3 两种模态的结合研究 ........................................137 10.2 资料与方法 ....................................................138 10.2.1 研究对象与临床信息 ........................................138 10.2.2 采集同步EEGG fMRI数据 ......................................139 10.2.3 提取 IED特征与 fMRI数据处理 ................................139 10.2.4 EEGG fMRI时空对称融合 ......................................140 10.2.5 性能评价指标 ..............................................141 10.3 结果 ..........................................................142 10.3.1 基于 STEFF的癫痫网络成像 ..................................142 10.3.2 病例报告 ..................................................144 10.4 讨论 ..........................................................146 10.4.1 IED相关成分的时空特征 ......................................147 10.4.2 IED相关成分与 EEG源成像的关系 ..............................148 10.4.3 STEFF对IED相关成分的细分 ................................148 10.5 本章小结 ......................................................149 参考文献 ............................................................150第11章 静息态 ........................................................152 11.1 静息态的研究背景 ..............................................152 11.1.1 静息态与内源性振荡 ........................................152 11.1.2 静息态与脑网络 ............................................153 11.2 静息态与 EEG ................................................153 11.2.1 静息态节律 ................................................153 11.2.2 微状态分析 ................................................154 11.3 静息态与同步EEGG fMRI ......................................156 11.3.1 α节律 ....................................................157 11.3.2 默认模式网络 ..............................................159 11.3.3 微状态与静息网络 ..........................................160 11.4 本章小结 ......................................................162 参考文献 ............................................................164第12章 睡眠 ..........................................................166 12.1 睡眠神经生理基础 ..............................................166 12.1.1 睡眠的脑电基础 ............................................166 12.1.2 睡眠的神经成像基础 ........................................168 12.1.3 采用同步EEGG fMRI的优越性 ..................................169 12.2 同步记录用于睡眠的技术挑战 ....................................169 12.2.1 睡眠同步记录面临的主要问题 ..................................169 12.2.2 解决办法 ..................................................171 12.3 同步记录的睡眠研究 ............................................172 12.3.1 自发活动睡眠的同步研究 ......................................172 12.3.2 睡眠知觉处理过程的同步研究 ..................................174 12.4 本章小结 ......................................................177 参考文献 ............................................................178第13章 认知功能 ......................................................181 13.1 同步记录应用于认知任务 ........................................181 13.1.1 注意 ....................................................181 13.1.2 执行功能 ..................................................183 13.1.3 记忆 ....................................................187 13.1.4 决策 ....................................................189 13.1.5 情绪 ....................................................189 13.2 同步采集用于认知研究的优缺点 ..................................190 13.3 现有研究的局限与未来方向 ......................................191 参考文献 ............................................................192 图版
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定价:75.0
ISBN:9787030399830
作者:雷旭,尧德中 著
版次:1
出版时间:2009-09
内容提要:
本书以作者相关研究工作为基础,结合同步EEG-fMRI领域的…新发展写出。内容深入浅出,兼顾理论的系统性和内容的实用性,力图系统地展示同步EEG-fMRI这一新技术的概貌,挖掘该技术在脑功能研究中的巨大潜力。 全书包括三篇共13章内容。第一篇为概论,介绍同步技术的电生理,基础与发展历史,同步记录的软硬件基础,实验设计与基本分析方法;第二篇为融合策略与方法,从时间预测、空间约束和对称融合三个方面进行介绍,并探讨了脑区间的功能连接和因果连接;第三篇为应用,主要从癫痫、静息态、睡眠和认知等方面进行介绍。
目录:
目 录 前言 第一篇 概 论 第1章 EEG和fMRI的生理基础 ..........................................3 1.1 大脑解剖结构 ....................................................3 1.2 EEG的产生机制 .................................................. 1.2.1 锥体细胞与脑电 ..............................................5 1.2.2 脑电节律 ....................................................6 1.3 fMRI成像原理 ..................................................6 1.4 同步采集的神经生理基础 ..........................................7 1.4.1 突触输入、神经元输出与 BOLD信号 ................................7 1.4.2 BOLD负向响应相关的神经活动 ....................................9 1.4.3 fMRI自发振荡相关的神经活动 ....................................9 参考文献 ............................................................第2章 同步EEGG fMRI的发展历史 ........................................12 2.1 同步EEGG fMRI产生的背景 ......................................12 2.1.1 脑电 ......................................................12 2.1.2 事件相关电位 ................................................13 2.1.3 功能磁共振 ..................................................14 2.1.4 同步采集的发展 .............................................. 2.2 同步EEGG fMRI的应用 ..........................................18 2.2.1 癫痫 ......................................................18 2.2.2 脑静息态 ....................................................19 2.2.3 睡眠 ......................................................19 2.2.4 认知功能 .................................................... 2.3 同步EEGG fMRI的前景 ..........................................20 参考文献 ............................................................22第3章 同步记录及其技术原理 ............................................24 3.1 设备和装置 ......................................................24 3.1.1 整体结构 ....................................................24 3.1.2 安全性 ....................................................24 3.1.3 材料 ...................................................... 3.1.4 磁谐放大器 ..................................................26 3.1.5 同步盒 ....................................................26 3.2 磁谐电极帽 ......................................................26 3.2.1 电极导线连接方法 ............................................26 3.2.2 国际10G20系统 ..............................................27 3.2.3 导联与参考电极 ..............................................28 3.2.4 安全注意事项 ................................................28 3.3 数据质量 ........................................................29 3.3.1 影像伪迹 ....................................................29 3.3.2 EEG伪迹去除 ................................................29 3.4 同步扫描的基本要求 ..............................................32 3.4.1 EEG系统技术指标 ............................................32 3.4.2 fMRI系统技术指标 ............................................32 参考文献 ............................................................33第4章 实验设计与基本分析方法 ..........................................35 4.1 自发活动范式 ....................................................35 4.2 刺激驱动范式 ....................................................36 4.2.1 实验设计流程 ................................................36 4.2.2 案例一 :行为监控任务 ........................................38 4.2.3 案例二 :视觉注意任务 ........................................39 4.3 融合模型及算法 ..................................................41 4.3.1 基于 fMRI约束的 EEG成像 ....................................41 4.3.2 基于 EEG信息的 fMRI分析 ....................................42 4.3.3 EEGG fMRI对称融合 ..........................................43 4.3.4 融合方法的研究前沿 ..........................................44 4.4 融合的开源软件 ..................................................45 4.5 本章小结 ........................................................46 参考文献 ............................................................46 第二篇 融合策略与方法 第5章 基于 fMRI约束的 EEG成像 ........................................53 5.1 引言 ............................................................53 5.2 方法原理 ........................................................54 5.2.1 经验贝叶斯模型 ..............................................54 5.2.2 先验信息 ....................................................55 5.2.3 网络先验与网络源定位 ........................................55 5.2.4 约束…似然估计 ............................................57 5.2.5 NESOI的处理流程 ............................................57 5.3 模拟实验检验 ....................................................59 5.3.1 正演模型 ....................................................59 5.3.2 模拟 EEG数据 ..............................................59 5.3.3 评价指标 ....................................................60 5.3.4 模拟实验结果 ................................................60 5.4 真实数据检验 ....................................................63 5.4.1 多模态人脸识别研究 ..........................................63 5.4.2 痫样放电的定位 ..............................................67 5.5 结果讨论 ........................................................71 5.6 本章小结 ........................................................72 参考文献 ............................................................73第6章 基于 EEG信息的 fMRI分析 ........................................76 6.1 EEG驱动的广义线性模型 ........................................76 6.1.1 自发事件的识别与分类 ........................................76 6.1.2 节律能量建模 ................................................78 6.2 基于 EEG信息的 fMRI分析 ......................................79 6.2.1 提取单试次 ERP特征 ..........................................79 6.2.2 构造广义线性模型 ............................................80 6.2.3 解卷积法 ....................................................80 6.2.4 经验贝叶斯模型 ..............................................82 6.3 多元分析与模式识别 ..............................................84 参考文献 ............................................................85第7章 EEGG fMRI对称融合 ..............................................87 7.1 时空对称融合 ....................................................87 7.1.1 STEFF的核心算法 ............................................87 7.1.2 数据预处理 ..................................................89 7.1.3 分组 ICA ..................................................89 7.1.4 STEFF的处理流程 ............................................89 7.2 模拟实验检验 ....................................................90 7.2.1 模拟数据 ....................................................91 7.2.2 分组 ICA ..................................................91 7.2.3 实验结果 ....................................................92 7.3 讨论 ............................................................95 7.3.1 STEFF与分组 ICA ............................................95 7.3.2 STEFF与数据 /模型驱动的融合 ..................................95 7.3.3 EEG与fMRI间的稀疏匹配 ......................................96 7.3.4 STEFF对融合的贡献 ..........................................96 7.4 本章小结 ........................................................98 参考文献 ............................................................98第8章 多模态功能网络连接 ..............................................100 8.1 功能连接与功能网络连接 ........................................100 8.1.1 功能连接 ..................................................100 8.1.2 功能网络连接 ..............................................100 8.2 多模态功能网络连接 ............................................101 8.2.1 功能网络提取 ..............................................102 8.2.2 功能网络连接分析 ............................................102 8.2.3 模态间的匹配 ..............................................103 8.2.4 图论分析 ..................................................103 8.3 仿真实验 ......................................................104 8.3.1 功能网络连接分析流程 ........................................106 8.3.2 功能网络连接分析的稳定性 ....................................107 8.4 视觉任务 ......................................................108 8.4.1 实验设计与数据获取 ..........................................108 8.4.2 数据预处理 ................................................109 8.4.3 功能网络提取 ..............................................110 8.4.4 模态间匹配 ................................................111 8.4.5 功能网络连接分析 ............................................112 8.4.6 图论分析 ..................................................114 8.5 结果与讨论 ....................................................115 8.5.1 功能连通性 ................................................115 8.5.2 模态间的配准 ..............................................115 8.5.3 功能网络连接 ..............................................116 8.5.4 多模态功能网络连接 ..........................................116 8.5.5 本方法的局限性 ............................................117 8.6 本章小结 ......................................................117 参考文献 ............................................................118第9章 基于 ICA的融合框架 ............................................120 9.1 引言 ..........................................................120 9.2 混合的融合 ....................................................120 9.2.1 互补的神经生理特征 ..........................................121 9.2.2 基于 ICA的融合 ............................................122 9.3 时空对称融合 ..................................................124 9.3.1 STEFF ....................................................124 9.3.2 变分贝叶斯推断 ............................................126 9.3.3 融合中的阴阳特征 ............................................127 9.4 大尺度脑网络 ..................................................128 9.4.1 功能网络连接 ..............................................128 9.4.2 多模态功能网络连接 ..........................................128 9.5 讨论 ..........................................................129 9.5.1 模型驱动与数据驱动的融合 ....................................129 9.5.2 EEGG fMRI融合的科学问题 ....................................130 9.6 本章小结 ......................................................130 参考文献 ............................................................130 第三篇 应 用 第10章 癫痫 ..........................................................135 10.1 癫痫研究背景 ..................................................135 10.1.1 癫痫放电的 fMRI分析 ........................................135 10.1.2 癫痫的 EEG成像 ............................................136 10.1.3 两种模态的结合研究 ........................................137 10.2 资料与方法 ....................................................138 10.2.1 研究对象与临床信息 ........................................138 10.2.2 采集同步EEGG fMRI数据 ......................................139 10.2.3 提取 IED特征与 fMRI数据处理 ................................139 10.2.4 EEGG fMRI时空对称融合 ......................................140 10.2.5 性能评价指标 ..............................................141 10.3 结果 ..........................................................142 10.3.1 基于 STEFF的癫痫网络成像 ..................................142 10.3.2 病例报告 ..................................................144 10.4 讨论 ..........................................................146 10.4.1 IED相关成分的时空特征 ......................................147 10.4.2 IED相关成分与 EEG源成像的关系 ..............................148 10.4.3 STEFF对IED相关成分的细分 ................................148 10.5 本章小结 ......................................................149 参考文献 ............................................................150第11章 静息态 ........................................................152 11.1 静息态的研究背景 ..............................................152 11.1.1 静息态与内源性振荡 ........................................152 11.1.2 静息态与脑网络 ............................................153 11.2 静息态与 EEG ................................................153 11.2.1 静息态节律 ................................................153 11.2.2 微状态分析 ................................................154 11.3 静息态与同步EEGG fMRI ......................................156 11.3.1 α节律 ....................................................157 11.3.2 默认模式网络 ..............................................159 11.3.3 微状态与静息网络 ..........................................160 11.4 本章小结 ......................................................162 参考文献 ............................................................164第12章 睡眠 ..........................................................166 12.1 睡眠神经生理基础 ..............................................166 12.1.1 睡眠的脑电基础 ............................................166 12.1.2 睡眠的神经成像基础 ........................................168 12.1.3 采用同步EEGG fMRI的优越性 ..................................169 12.2 同步记录用于睡眠的技术挑战 ....................................169 12.2.1 睡眠同步记录面临的主要问题 ..................................169 12.2.2 解决办法 ..................................................171 12.3 同步记录的睡眠研究 ............................................172 12.3.1 自发活动睡眠的同步研究 ......................................172 12.3.2 睡眠知觉处理过程的同步研究 ..................................174 12.4 本章小结 ......................................................177 参考文献 ............................................................178第13章 认知功能 ......................................................181 13.1 同步记录应用于认知任务 ........................................181 13.1.1 注意 ....................................................181 13.1.2 执行功能 ..................................................183 13.1.3 记忆 ....................................................187 13.1.4 决策 ....................................................189 13.1.5 情绪 ....................................................189 13.2 同步采集用于认知研究的优缺点 ..................................190 13.3 现有研究的局限与未来方向 ......................................191 参考文献 ............................................................192 图版
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