基于信號(hào)處理技術(shù)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(fā)揮正念的應(yīng)用價(jià)值，探索并揭示其作用機(jī)制已成為相關(guān)研究的重中之重。腦電信號(hào)是一種方便且非常有效的研究手段，幾乎蘊(yùn)藏著正念過(guò)程中心理狀態(tài)變化的全部信息。結(jié)合信號(hào)處理技術(shù)，從時(shí)域、頻域、時(shí)頻結(jié)合以及非線性特征量等方面分析正念腦電信號(hào)在不同角度下的物理意義及應(yīng)用方法，這些方法有望為挖掘正念的作用機(jī)制提供理論、技術(shù)上的支持。

關(guān)鍵詞： 正念訓(xùn)練； 腦電信號(hào)； 信號(hào)處理； 信息提取

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(shí)、非評(píng)判的對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行注意的方法[1]， 也是一種意識(shí)狀態(tài)或心理過(guò)程。國(guó)內(nèi)外的各種研究發(fā)現(xiàn)，正念訓(xùn)練能夠改變大腦額葉、頂葉、顳葉等多個(gè)區(qū)域的神經(jīng)電活動(dòng)，改善人體的免疫功能，能夠使腦電（Electroencephalogram，EEG）特征（感覺(jué)、注意、記憶、學(xué)習(xí)、意識(shí)和情緒等狀態(tài)下）、腦功能的激活模式以及腦結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，已被廣泛應(yīng)用于改善注意力、緩解心理壓力、調(diào)節(jié)負(fù)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(fù)手段。

正念訓(xùn)練普遍被看作是一種集中注意力的方法，是一種心理狀態(tài)的自我調(diào)節(jié)過(guò)程，傳統(tǒng)的問(wèn)卷、量表等主觀測(cè)量的心理學(xué)研究方法并不能很好地評(píng)價(jià)人體的生理或心理狀態(tài)；現(xiàn)代的腦功能技術(shù)為正念訓(xùn)練的研究帶來(lái)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(tài)的一種技術(shù)；EEG是大腦神經(jīng)元突觸后電位的綜合，是大腦神經(jīng)電活動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)在頭皮上的電位分布，可通過(guò)傳感器、放大電路、濾波器等組成的腦電采集系統(tǒng)采集、提取并保存。EEG信號(hào)反映了大腦神經(jīng)組織的電活動(dòng)及大腦的功能狀態(tài)，是國(guó)內(nèi)外腦和神經(jīng)科學(xué)等相關(guān)研究的持續(xù)熱點(diǎn)問(wèn)題，挖掘EEG信號(hào)中蘊(yùn)藏的信息被看作是認(rèn)知、思維科學(xué)研究中的一把鑰匙，因而將這把鑰匙應(yīng)用于正念訓(xùn)練者EEG信息的提取、分析、研究，獲取正念訓(xùn)練的各種作用機(jī)制是非常必要的。

1 正念EEG的信息提取方法

大腦神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的行為，從正念訓(xùn)練者的大腦中采集的EEG信號(hào)是大腦系統(tǒng)活動(dòng)的表征，其蘊(yùn)藏著正念訓(xùn)練影響大腦思維和認(rèn)知功能的眾多信息，如何從這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)間序列——EEG信號(hào)中獲取正念EEG信息，為信息處理技術(shù)提供了大顯身手的舞臺(tái)。

EEG信號(hào)由多個(gè)不同的節(jié)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(jié)律表征人體所處的狀態(tài)不同。在探索正念訓(xùn)練對(duì)被試影響（或改善作用）的研究中，主要采用橫向?qū)Ρ日钫吆头钦钫撸翱v向?qū)Ρ日钣?xùn)練前、正念訓(xùn)練過(guò)程、正念訓(xùn)練后的EEG節(jié)律，分析正念EEG中節(jié)律成分的相對(duì)變化、不同節(jié)律幅度的變化。

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

（1） 研究認(rèn)為額區(qū)波和枕區(qū)波的變化能夠較好地反映正念訓(xùn)練的EEG特征，波為低頻波，對(duì)應(yīng)于正念者處于深度放松、淺睡眠、沉思和潛意識(shí)狀態(tài)，此狀態(tài)下易受暗示啟發(fā)，創(chuàng)造力強(qiáng)、易發(fā)靈感、富于直覺(jué)，學(xué)習(xí)、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(guān)。endprint