孙俊峰;李志军;童善宝 用相位同步分析推断功能神经连通性：方法综述。 （英语） Zbl 1239.92022号 计算。数学。方法医学。 2012，文章ID 239210，第13页（2012）. 摘要：功能性神经连接在神经科学研究中越来越受到重视。为了从观测到的神经信号推断功能连通性，已经提出了各种方法。其中，相位同步分析是一种重要而有效的分析方法，它考察了神经信号之间瞬时相位的关系，但忽略了其幅值的影响。我们回顾了相位同步分析方法的进展。特别讨论了瞬时相位的定义、相位同步指标及其显著性检验、可能影响相位同步检测的问题以及相位同步分析的扩展。实际上，相位同步分析可能会受到观测噪声、信号样本不足、体积传导和神经信号记录参考的影响。我们对这些问题提出了意见和建议，以便更好地应用相位同步分析从神经信号推断功能连通性。 引用于1文件 MSC公司： 92C20美元 神经生物学 92 C55 生物医学成像和信号处理 软件：圆形的;循环统计 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{J.Sun}等人，计算。数学。方法Med.2012，文章ID 239210，13 p.（2012；Zbl 1239.92022） 全文： 内政部 参考文献： [1] G.Tononi、O.Sporns和G.M.Edelman，“大脑复杂性的测量：神经系统中相关的功能分离和整合”，《美国国家科学院院刊》，第91卷，第11期，第5033-5037页，1994年·doi:10.1073/pnas.91.11.5033 [2] P.Tass，M.G.Rosenblum，J.Weule等人，“从噪声数据中检测n:M锁相：在脑磁图中的应用”，《物理评论快报》，第81卷，第15期，第3291-3294页，1998年。 [3] F.Varela、J.P.Lachaux、E.Rodriguez和J.Martinerie，“大脑网络：阶段同步和大规模整合”，《自然评论神经科学》，第2卷，第4期，第229-239页，2001年·doi:10.1038/35067550 [4] R.T.Canolty、E.Edwards、S.S.Dalal等人，“高伽马功率与人类新皮质的θ振荡相锁定”，《科学》，第313卷，第5793期，第1626-1628页，2006年·doi:10.1126/science.1128115 [5] J.Fell和N.Axmacher，“相位同步在记忆过程中的作用”，《自然评论神经科学》，第12卷，第2期，第105-118页，2011年·doi:10.1038/nrn2979 [6] B.He、L.Yang、C.Wilke和H.Yuan，“大脑活动和连接的电生理成像-挑战和机遇”，IEEE生物医学工程学报，第58卷，第7期，第1918-1931页，2011年·doi:10.1109/TBME.2011.2139210 [7] P.J.Uhlhaas和W.Singer，“精神分裂症中的异常神经振荡和同步性”，《自然评论神经科学》，第11卷，第2期，第100-113页，2010年·doi:10.1038/nrn2774 [8] J.M.Hurtado、L.L.Rubcinsky和K.A.Sigvardt，“检测神经振荡中锁相发作的统计方法”，《神经生理学杂志》，第91卷，第4期，第1883-1898页，2004年·doi:10.1152/jn.00853.2003 [9] M.Ding、S.L.Bressler、W.Yang和H.Liang，“通过自适应多元自回归模型对皮层事件相关电位进行的短程谱分析：数据预处理、模型验证和变异性评估”，《生物控制论》，第83卷，第1期，第35-45页，2000年·Zbl 0966.92004号 ·doi:10.1007/s004229900137 [10] R.Q.Quiroga、A.Kraskov、T.Kreuz和P.Grassberger，“不同同步措施在实际数据中的表现：脑电图信号的案例研究”，《物理评论》E，第65卷，第4期，文章编号041903，14页，2002年·doi:10.1103/PhysRevE.65.041903 [11] T.Kreuz、F.Mormann、R.G.Andrzejak、A.Kraskov、K.Lehnertz和P.Grassberger，“耦合模型系统中的同步测量：不同方法的比较”，《物理D》，第225卷，第1期，第29-42页，2007年·Zbl 1114.37052号 ·doi:10.1016/j.physd.2006.09.039 [12] L.Astolfi，F.De Vico Fallani，F.Cincotti等人，“根据神经电和血流动力学记录评估有效和功能性皮质连接”，IEEE神经系统和康复工程学报，第17卷，第3期，第224-233页，2009年·doi:10.10109/TNSR.2008.2010472 [13] J.Dauwels、F.Vialatte、T.Musha和A.Cichocki，“基于EEG的阿尔茨海默病早期诊断同步测量的比较研究”，《神经影像》，第49卷，第1期，第668-693页，2010年·doi:10.1016/j.neuroimage.2009.06.056 [14] A.Pikovsky、M.Rosenblum和J.Kurths，《同步：非线性科学中的普遍概念》，剑桥大学出版社，英国剑桥，2001年·Zbl 0993.37002号 [15] R.Brown和L.Kocarev，“动力系统同步的统一定义”，《混沌》，第10卷，第2期，第344-3492000页·Zbl 0973.34041号 ·doi:10.1063/116500 [16] M.Le Van Quyen和A.Bragin，“动态脑振荡分析：方法学进展”，《神经科学趋势》，第30卷，第7期，第365-373页，2007年·doi:10.1016/j.tins.2007.05.006 [17] M.G.Rosenblum、A.S.Pikovsky和J.Kurths，“混沌振荡器的相位同步”，《物理评论快报》，第76卷，第11期，第1804-1807页，1996年。 [18] D.J.DeShazer、R.Breban、E.Ott和R.Roy，“检测混沌激光阵列中的相位同步”，《物理评论快报》，第87卷，第4期，文章编号044101，4页，2001年·Zbl 1060.78527号 [19] I.Z.Kiss、Q.Lv和J.L.Hudson，“非相相干混沌电化学振荡的同步”，《物理评论》E，第71卷，第3期，文章编号035201，4页，2005年·doi:10.1103/PhysRevE.71.035201 [20] M.G.Kitzbichler、M.L.Smith、S.R.Christensen和E.Bullmore，“人脑网络同步的宽带临界性”，《公共计算生物学》，第5卷，第3期，文章e10003142009·doi:10.1371/journal.pcbi.1000314 [21] M.Chávez、M.Le Van Quyen、V.Navarro、M.Baulac和J.Martinerie，“新皮质癫痫发作前的时空动力学：振幅与相位耦合”，《IEEE生物医学工程学报》，第50卷，第5期，第571-583页，2003年。 [22] W.Wu，J.Sun，Z.Jin等人，“老年患者局灶性缺血性卒中后神经元同步性受损”，《临床神经生理学》，第122卷，第1期，第21-26页，2011年·doi:10.1016/j.clinph.2010.06.003 [23] E.Gysels和P.Celka，“脑-计算机接口中识别心理任务的相位同步”，IEEE神经系统与康复工程学报，第12卷，第4期，第406-415页，2004年·doi:10.1109/TNSRE.2004.838443 [24] C.Brunner、R.Scherer、B.Graimann、G.Supp和G.Pfurtscheller，“使用相位同步对脑-计算机接口进行在线控制”，IEEE生物医学工程学报，第53卷，第12期，第2501-25062006页。 [25] P.J.Uhlhaas和W.Singer，“大脑疾病中的神经同步性：与认知功能障碍和病理生理学的相关性”，《神经元》，第52卷，第1期，第155-168页，2006年·doi:10.1016/j.neuron.2006.09.020 [26] C.Hammond、H.Bergman和P.Brown，“帕金森病的病理同步：网络、模型和治疗”，《神经科学趋势》，第30卷，第7期，第357-3642007页·doi:10.1016/j.tins.2007.05.004 [27] M.Winterhalder、B.Schelter、J.Kurths、A.Schulze-Bonhage和J.Timmer，“相干和相位同步分析的灵敏度和特异性”，《物理快报》A卷，第356卷，第1期，第26-34页，2006年·Zbl 1160.37351号 ·doi:10.1016/j.physleta.2006.03.018 [28] J.Sun、X.Hong和S.Tong，“脑电信号的相位同步分析：基于替代测试的评估”，IEEE生物医学工程学报。已提交。 [29] R.A.Dobie和M.J.Wilson，“通过震级平方相干分析听觉诱发电位”，《耳朵与听觉》，第10卷，第1期，第2-13页，1989年。 [30] S.Kalitzin、J.Parra、D.N.Velis和F.H.Lopes Da Silva，“EEG/megγ频带中的相位聚类增强预计具有已知视觉敏感性的癫痫患者会转变为发作性癫痫样活动，”IEEE生物医学工程学报，第49卷，第11期，第1279-12862002页·doi:10.1109/TBME.2002.804593 [31] A.E.Hramov和A.A.Koronovskii，“混沌同步的方法”，《混沌》，第14卷，第3期，第603-610页，2004年·Zbl 1080.37029号 ·doi:10.1063/1.1775991 [32] J.Sun和M.Small，“检测耦合时间序列中相位同步的统一框架”，《物理评论》E，第80卷，第4期，文章ID 046219，2009年·doi:10.103/物理版本E.80.046219 [33] L.Xu、Z.Chen、K.Hu、H.E.Stanley和P.C.Ivanov，“耦合非线性振荡器相位同步的虚假检测”，《物理评论》E，第73卷，第6期，文章编号0652012006。 [34] B.Schelter、M.Winterhalder、J.Timmer和M.Peifer，“相位同步测试”，《物理快报》A卷，第366卷，第4-5期，第382-390页，2007年·doi:10.1016/j.physleta.2007.01.085 [35] S.R.Jammalamadaka和A.SenGupta，《循环统计专题》，世界科学出版社，新加坡，2001年。 [36] E.Bedrosian，“希尔伯特变换的乘积定理”，《IEEE学报》，第51卷，第5期，第868-869页，1963年。 [37] P.J.Loughlin，“瞬时频率和时间相关加权平均瞬时频率的光谱测量”，《美国声学学会杂志》，第105卷，第1期，第264-274页，1999年·数字对象标识代码：10.1121/1.424583 [38] P.M.Oliveira和V.Barroso，“物理约束下瞬时频率的定义”，《富兰克林研究所期刊》，第337卷，第4期，第303-316页，2000年·Zbl 0978.94504号 ·doi:10.1016/S0016-0032（00）00029-6 [39] T.Pereira、M.S.Baptista和J.Kurths，“混沌振荡器的相位和平均周期”，《物理快报》A卷，第362卷，第2-3期，第159-165页，2007年·Zbl 1197.70015号 ·doi:10.1016/j.physleta.2006.09.099 [40] G.V.Osipov、B.Hu、C.Zhou、M.V.Ivanchenko和J.Kurths，“耦合混沌振荡器中相位同步的三种过渡类型”，《物理评论快报》，第91卷，第2期，文章编号024101，4页，2003年。 [41] D.Vakman，“频率稳定性和分析信号的计算机测量”，IEEE仪器和测量汇刊，第43卷，第4期，第668-671页，1994年·数字对象标识代码：10.1109/19.310187 [42] A.H.Nuttall和E.Bedrosian，“关于调制信号希尔伯特变换的正交近似”，《IEEE学报》，第54卷，第10期，第1458-1459页，1966年。 [43] S.Aviyente和A.Y.Mutlu，“基于时频的相位和相位同步估计方法”，《IEEE信号处理汇刊》，第59卷，第7期，第3086-3098页，2011年·Zbl 1392.94078号 ·doi:10.1109/TSP.2011.2144589 [44] M.Wacker和H.Witte，“自适应相位提取：将Gabor变换纳入匹配追踪算法”，IEEE生物医学工程学报，第58卷，第10期，第2844-2851页，2011年·doi:10.1109/TBME.2011.2160636号文件 [45] D.Vakman，“关于分析信号，teager-kaiser能量算法和定义振幅和频率的其他方法”，IEEE信号处理汇刊，第44卷，第4期，第791-797页，1996年。 [46] L.Cohen，《时频分析》，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，新泽西州，美国，1995年。 [47] D.Hoyer、O.Hoyer和U.Zwiener，“揭示动态相位协调和同步的新方法”，IEEE生物医学工程汇刊，第47卷，第1期，第68-74页，2000年·doi:10.1109/10.817621 [48] M.Wacker和H.Witte，“关于n:M相位同步指数的稳定性”，IEEE生物医学工程学报，第58卷，第2期，第332-338页，2011年·doi:10.1109/TBME.2010.2063028 [49] M.Palu \vs，“检测噪声系统中的相位同步”，《物理快报》A卷，第235卷，第4期，第341-351页，1997年·Zbl 1044.62507号 [50] D.J.Watts和S.H.Strogatz，“小世界”网络的集体动态”，《自然》，第393卷，第6684号，第440-442页，1998年·Zbl 1368.05139号 [51] E.T.Bullmore和D.S.Bassett，“脑图：人脑连接体的图形模型”，《临床心理学年度评论》，第7卷，第113-140页，2011年·doi:10.1146/annurev-clinpsy-040510-143934 [52] D.S.Bassett、E.Bullmore、B.A.Verchinski、V.S.Mattay、D.R.Weinberger和A.Meyer-Lindenberg，“健康与精神分裂症中人类皮层网络的层次结构”，《神经科学杂志》，第28卷，第37期，第9239-9248页，2008年·doi:10.1523/JNEUROSCI.1929-08.2008 [53] Y.Liu，M.Liang，Y.Zhou等人，“精神分裂症中的小世界网络中断”，《大脑》，第131卷，第4期，第945-961页，2008年·doi:10.1093/brain/own018 [54] K.Wu，Y.Taki，K.Sato等人，“健康个体大脑结构网络拓扑组织的年龄相关变化”，《人脑图谱》，第33卷，第3期，第552-5682012页·doi:10.1002/hbm.21232 [55] J.Sun、S.Tong和G.Y.Yang，“老龄化和年龄相关疾病中大脑网络的重组”，《老龄化与疾病》。新闻界。 [56] C.Allefeld和J.Kurth，“相位同步测试”，《应用科学与工程中的分叉与混沌国际期刊》，第14卷，第2期，第405-416页，2004年·Zbl 1099.37516号 ·doi:10.1142/S021812740400951X [57] T.Schreiber和A.Schmitz，“替代时间序列”，《物理D》，第142卷，第3-4期，第346-3822000页·Zbl 1098.62551号 ·doi:10.1016/S0167-2789（00）00043-9 [58] J.Theiler、S.Eubank、A.Longtin、B.Galdrikian和J.Doyne Farmer，“时间序列非线性测试：替代数据方法”，《物理D》，第58卷，第1-4期，第77-94页，1992年·Zbl 1194.37144号 ·doi:10.1016/0167-2789（92）90102-S [59] R.G.Andrzejak、A.Kraskov、H.Stögbauer、F.Mormann和T.Kreuz，“双变量替代技术：必要性、优势和注意事项”，《物理评论E》，第68卷，第6期，文章ID 066202，5页，2003年。 [60] L.Faes、G.D.Pinna、A.Porta、R.Maestri和G.Nollo，“评估一致性函数重要性的替代数据分析”，IEEE生物医学工程学报，第51卷，第7期，第1156-1166页，2004年·doi:10.1109/TBME.2004.827271 [61] M.Thiel、M.C.Romano、J.Kurth、M.Rolfs和R.Kliegl，“测试复杂同步性的双胞胎替代物”，《欧洲物理学快报》，第75卷，第4期，第535-5412006页·Zbl 1153.37446号 ·doi:10.1209/epl/i2006-10147-0 [62] J.Kurths，M.C.Romano，M.Thiel等人，“耦合非相干振荡器的同步分析”，《非线性动力学》，第44卷，第1-4期，第135-149页，2006年·Zbl 1101.78333号 ·doi:10.1007/s11071-006-1957-x [63] J.Sun、J.Zhang、J.周、X.Xu和M.Small，“从耦合混沌振荡器检测噪声数据中的相位同步”，《物理评论》E，第77卷，第4期，文章ID 046213，2008年·doi:10.1103/PhysRevE.77.046213 [64] B.C.Lovell和R.C.Williamson，“一些瞬时频率估计器的统计性能”，《IEEE信号处理汇刊》，第40卷，第7期，第1708-1723页，1992年·Zbl 0850.62658号 ·数字对象标识代码：10.1109/78.143443 [65] H.Hamdan，“表征和近似无穷尺度混合法向”，《统计学通讯》，第35卷，第3期，第407-413页，2006年·兹比尔1084.62014 ·doi:10.1080/03610920500476390 [66] D.Van De Ville、J.Britz和C.M.Michel，“健康人休息时的脑电图微状态序列揭示了无标度动力学”，《美国国家科学院院刊》，第107卷，第42期，第18179-18184页，2010年·doi:10.1073/pnas.1007841107 [67] P.J.Uhlhaas，D.E.J.Linden，W.Singer等人，“精神分裂症完形感知期间神经活动的功能失调远程协调”，《神经科学杂志》，第26卷，第31期，第8168-8175页，2006年·doi:10.1523/JNEUROSCI.2002-06.2006 [68] S.Hu、M.Stead、Q.Dai和G.A.Worrell，“关于记录参考对EEG相关性、相位同步性和一致性的贡献”，IEEE系统、人和控制论汇刊，B部分，第40卷，第5期，第1294-1304页，2010年·doi:10.1109/TSMCB.2009.2037237 [69] G.V.Tcheslavski，脑电图的一致性和相位同步性分析，博士论文，弗吉尼亚理工学院，州立大学，弗吉尼亚州布莱克斯堡，美国，2005年。 [70] M.Vinck、R.Oostenveld、M.Van Wingerden、F.Battaglia和C.M.A.Pennartz，“在存在体积传导、噪声和样本尺寸偏差的情况下，电生理数据相位同步的改进指数”，《神经影像》，第55卷，第4期，第1548-1565页，2011年·doi:10.1016/j.neuroimage.2011.01.055 [71] M.Vinck、M.van Wingerden、T.Womelsdorf、P.Fries和C.M.A.Pennartz，“两两相位一致性：节律性神经元同步的无偏差测量”，《神经影像》，第51卷，第1期，第112-122页，2010年·doi:10.1016/j.neuroimage.2010.01.073 [72] J.Sarvas，“生物磁性反问题的基本数学和电磁概念”，《医学与生物学物理学》，第32卷，第1期，第004条，第11-22页，1987年·doi:10.1088/0031-9155/32/1/004 [73] P.L.Nunez、R.Srinivasan、A.F.Westdorp等人，“EEG一致性i：统计、参考电极、体积传导、拉普拉斯、皮层成像和多尺度解释”，《脑电图与临床神经生理学》，第103卷，第5期，第499-5151997页·doi:10.1016/S0013-4694（97）00066-7 [74] J.G.Stinstra和M.J.Peters，“体积导体可作为心电图和脑电图的时间滤波器”，《医学与生物工程与计算》，第36卷，第6期，第711-716页，1998年。 [75] G.Nolte、O.Bai、L.Wheaton、Z.Mari、S.Vorbach和M.Hallett，“利用连贯性的假想部分从EEG数据识别真实的大脑交互作用”，《临床神经生理学》，第115卷，第10期，第2292-23072004页·doi:10.1016/j.clinph.2004.04.029 [76] C.J.Stam、G.Nolte和A.Daffertshofer，“相位滞后指数：从多通道EEG和meg评估功能连通性，减少常见来源的偏差”，《人脑绘图》，第28卷，第11期，第1178-1193页，2007年·doi:10.1002/hbm.20346 [77] L.A.Wheaton、G.Nolte、S.Bohlhalter、E.Fridman和M.Hallett，《临床神经生理学》，第116卷，第6期，第1382-1390页，2005年·doi:10.1016/j.clinph.2005.01.008文件 [78] L.T.Trujillo、M.A.Peterson、A.W.Kaszniak和J.J.B.Allen，“视觉感知条件下的EEG相位同步差异可能取决于记录和分析方法”，《临床神经生理学》，第116卷，第1期，第172-189页，2005年·doi:10.1016/j.clinph.2004.07.025 [79] S.J.Schiff，“危险阶段”，《神经信息学》，第3卷，第4期，第315-317页，2005年·doi:10.1385/NI:3:4:315 [80] R.Guevara、J.L.P.Velazquez、V.Nenadovic、R.Wennberg、G.Senjanović和L.G.Dominguez，“使用脑电图记录的相位同步测量：我们对神经元同步真正能说什么？”《神经信息学》，第3卷，第4期，第301-313页，2005年·doi:10.1385/NI:3:4:301 [81] H.P.Zaveri、R.B.Duckrow和S.S.Spencer，“关于使用双极蒙太奇对颅内脑电图进行时间序列分析”，《临床神经生理学》，第117卷，第9期，第2102-2108页，2006年·doi:10.1016/j.clinph.2006.05.032 [82] O.Bertrand、F.Perrin和J.Pernier，“地形诱发电位研究中平均参考值的理论证明”，《脑电图与临床神经生理学》，第62卷，第6期，第462-464页，1985年。 [83] H.P.Zaveri、R.B.Duckrow和S.S.Spencer，“头皮参考信号对颅内脑电图一致性测量的影响”，《临床神经生理学》，第111卷，第7期，第1293-12992000页·doi:10.1016/S1388-2457（00）00321-7 [84] S.Hu、M.Stead和G.A.Worrell，“基于独立成分分析的颅内脑电图头皮参考信号的自动识别和去除”，IEEE生物医学工程学报，第54卷，第9期，第1560-15722007页·doi:10.1109/TBME.2007.892929 [85] J.-P.Lachaux、E.Rodriguez、J.Martinerie和F.J.Varela，“测量大脑信号的相位同步性”，《人脑绘图》，第8卷，第4期，第194-208页，1999年。 [86] L.Li，J.X.Zhang和T.Jiang，“视觉工作记忆负荷相关的神经活动和功能连接变化”，Plos One，第6卷，第7期，文章ID e223572011·doi:10.1371/journal.pone.0022357 [87] B.Schelter、M.Winterhalder、R.Dahlhaus、J.Kurth和J.Timmer，“多元同步系统的部分相位同步”，《物理评论快报》，第96卷，第20期，文章编号2081032006·doi:10.1103/PhysRevLett.96.208103 [88] D.Rudrauf、A.Douiri、C.Kovach等人，“脑信号中多变量相位同步的频率流和时频动力学”，《神经影像》，第31卷，第1期，第209-227页，2006年·doi:10.1016/j.neuroimage.2005.11.021 [89] H.Osterhage、F.Mormann、T.Wagner和K.Lehnertz，“检测人类癫痫大脑中的定向耦合：局限性和潜在陷阱”，《物理评论》E，第77卷，第1期，文章编号0119142008·doi:10.1103/PhysRevE.77.011914 [90] C.Allefeld和S.Bialonski，“通过马尔可夫链粗粒度检测多元时间序列中的同步集群”，《物理评论》E，第76卷，第6期，文章编号0662072007·doi:10.1103/PhysRevE.76.066207 [91] R.Dahlhaus，“多元时间序列的图形交互模型”，《Metrika》，第51卷，第2期，第157-172页，2000年·Zbl 1093.62571号 ·doi:10.1007/s001840000055 [92] A.Gunduz和J.C.Principe，“Correntropy作为非线性测试的一种新测量方法”，《信号处理》，第89卷，第1期，第14-23页，2009年·Zbl 1151.94366号 ·doi:10.1016/j.sigpro.2008.07.005 [93] A.V.Sazonov，C.K.Ho，J.W.M.Bergmans等人，“用于测量EEG中记录的皮层源信号相互依赖性的锁相指数研究”，《生物控制论》，第100卷，第2期，第129-146页，2009年·Zbl 1266.92054号 ·doi:10.1007/s00422-008-0283-4 [94] A.Bruns，“傅里叶、希尔伯特和基于小波的信号分析：它们真的是不同的方法吗？”《神经科学方法杂志》，第137卷，第2期，第321-3322004页·doi:10.1016/j.jneumeth.2004.03.002 [95] O.David，D.Cosmelli和K.J.Friston，“使用神经质量模型评估功能连接的不同测量”，《神经影像》，第21卷，第2期，第659-673页，2004年·doi:10.1016/j.neuroimage.2003.10.06 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。