基于信號處理技術的正念腦電信息提取方法

楊建平+孔翠香+帥曉勇+劉秋平+張德乾

摘 要： 為了更好地發揮正念的應用價值，探索并揭示其作用機制已成為相關研究的重中之重。腦電信號是一種方便且非常有效的研究手段，幾乎蘊藏著正念過程中心理狀態變化的全部信息。結合信號處理技術，從時域、頻域、時頻結合以及非線性特征量等方面分析正念腦電信號在不同角度下的物理意義及應用方法，這些方法有望為挖掘正念的作用機制提供理論、技術上的支持。

關鍵詞： 正念訓練； 腦電信號； 信號處理； 信息提取

中圖分類號： TN911.7?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）17?0070?05

Mindfulness EEG information extraction method based on signal processing technology

YANG Jianping1， KONG Cuixiang1， SHUAI Xiaoyong1， LIU Qiuping1， ZHANG Deqian2

（1. School of Electronics and Information Engineering， Jinggangshan University， Jian 343009， China；

2. College of Education， Jinggangshan University， Jian 343009， China）

Abstract： In order to use the application value of mindfulness better， it is very important to explore and reveal its mechanism in relevant researches. EEG signal is a convenient and effective research means， and contains all information about the psychological change in mindfulness process. In combination with signal processing technology， the physical meanings and application methods of mindfulness EEG signal under different conditions are analyzed in the aspects of time domain， frequency domain， time?frequency combination and nonlinear characteristic quantity. The method is expected to provide the theoretical and technical supports for mining the mechanism of mindfulness.

Keywords： mindfulness training； electroencephalogram signal； signal processing； information extraction

0 引 言

正念是源于東方禪修的一種有意識、非評判的對當前狀態進行注意的方法[1]， 也是一種意識狀態或心理過程。國內外的各種研究發現，正念訓練能夠改變大腦額葉、頂葉、顳葉等多個區域的神經電活動，改善人體的免疫功能，能夠使腦電（Electroencephalogram，EEG）特征（感覺、注意、記憶、學習、意識和情緒等狀態下）、腦功能的激活模式以及腦結構發生改變，已被廣泛應用于改善注意力、緩解心理壓力、調節負面情緒等方面，為臨床上的各種慢性疾病提供心理治療或康復手段。

正念訓練普遍被看作是一種集中注意力的方法，是一種心理狀態的自我調節過程，傳統的問卷、量表等主觀測量的心理學研究方法并不能很好地評價人體的生理或心理狀態；現代的腦功能技術為正念訓練的研究帶來了新的方法和手段，如磁共振、CT以及EEG，其中EEG是目前最方便又能直接、客觀反映大腦生理狀態的一種技術；EEG是大腦神經元突觸后電位的綜合，是大腦神經電活動產生的電場在頭皮上的電位分布，可通過傳感器、放大電路、濾波器等組成的腦電采集系統采集、提取并保存。EEG信號反映了大腦神經組織的電活動及大腦的功能狀態，是國內外腦和神經科學等相關研究的持續熱點問題，挖掘EEG信號中蘊藏的信息被看作是認知、思維科學研究中的一把鑰匙，因而將這把鑰匙應用于正念訓練者EEG信息的提取、分析、研究，獲取正念訓練的各種作用機制是非常必要的。

1 正念EEG的信息提取方法

大腦神經系統的活動是一個非常復雜的行為，從正念訓練者的大腦中采集的EEG信號是大腦系統活動的表征，其蘊藏著正念訓練影響大腦思維和認知功能的眾多信息，如何從這個復雜系統的時間序列——EEG信號中獲取正念EEG信息，為信息處理技術提供了大顯身手的舞臺。

EEG信號由多個不同的節律組成，主要有（0.5～4 Hz），（4～8 Hz），（8～13 Hz），（13～20 Hz），（20～30 Hz），（30～60 Hz）等，不同的節律表征人體所處的狀態不同。在探索正念訓練對被試影響（或改善作用）的研究中，主要采用橫向對比正念者和非正念者，及縱向對比正念訓練前、正念訓練過程、正念訓練后的EEG節律，分析正念EEG中節律成分的相對變化、不同節律幅度的變化。

眾多研究[2?6]廣泛討論了正念EEG中幾個比較敏感的節律指標（波、波和波）：

（1） 研究認為額區波和枕區波的變化能夠較好地反映正念訓練的EEG特征，波為低頻波，對應于正念者處于深度放松、淺睡眠、沉思和潛意識狀態，此狀態下易受暗示啟發，創造力強、易發靈感、富于直覺，學習、記憶效率高；波頻率分布在30 Hz以上，與記憶、整體性思考等有關。endprint