LabVIEW并行模拟和数字数据流的获取和分析 人类脑电波和决策行为

背景:测量脑电波和认知

与决策行为相关的脑电图数据(EEG或脑电波)的获取和分析与任何存在并行模拟数据流和数字数据流的问题具有相同的一般形式，其中数据流之间的时间关系至关重要。商用的交钥匙系统价格昂贵，而且在设计分析方面的通用性远不如LabVIEW。

我们一直在研究研究人类短期记忆能力的方法，也被称为“工作记忆”。众所周知，工作记忆的容量是相当有限的，大约只有7个独立的项目。如果给一个人7个随机数字或7个随机的短单词，他通常可以毫无错误地重复这些单词。当然，不同的人在不同时间的表现是有一定范围的，通常观察到的是7个正负两个项目。对于大多数人来说，5个项目是相当容易的记忆负荷，而9个项目是我们的极限。心理学家因此提到了“神奇的数字72”，这是在认知科学家乔治·米勒1956年发表的一篇著名的评论论文之后。有趣的是，人类的工作记忆能力与许多其他哺乳动物和鸟类差不多。

显然，一个人在听要记忆的内容和回忆的过程中，意识会经历不同的状态。由于所有的精神状态都必须有相应的大脑状态作为其物理基础，因此研究认知任务中的大脑活动是很有趣的。

尽管目前的大脑研究涉及复杂而昂贵的“大脑成像”设备，如功能性磁共振成像(fMRI)，但检查大脑电活动的传统要悠久得多，因为它可以通过用电解质溶液浸湿的表面电极按在头皮上进行记录。脑电图振荡(EEG)或脑电波有一个有趣的复杂程度。关于脑电波如何随着注意力状态的变化，在脑损伤的情况下，以及在许多其他情况下，人们已经知道了很多，但在许多方面，脑电波仍然是谜。还有许多有待了解的地方。

现代计算机技术极大地提高了脑电波记录和分析在基础研究和医学诊断和监测中的潜力。测量和分析系统可以做得小巧便携，使有意义的研究能够在比过去更广泛的情况下进行。因此，计算机技术正在使科学研究“民主化”，这一现象类似于因特网和万维网的迅速发展。在这些技术中，LabVIEW虚拟仪器创建系统增强了我们在实验研究中的设计和分析能力。

众所周知，在不同的行为环境下，脑电图活动表现出明显的区域差异。例如，后脑(枕叶皮层)对视觉刺激的反应更强，前额后面的区域(额叶和前额叶皮层)在决策和工作记忆任务中反应更强。许多优秀的研究已经将在不同皮层位置同时发生的波模式相互关联，其中一些是用高密度电极阵列敲击头皮上的200多个点，并用复杂的统计数据处理这些信息。然而，在电压数据样本的单个时间序列中，也有相当多的信息来自任何一个电极。

反应时间:一个很好的“中等科技”本科生研究问题

这一事实为有意义的研究和发现提供了充足的机会，在一个小型的本科神经科学实验室设置。在森林湖学院的实验室里，我们记录了一系列由用户事件引起的数字输入。这些可能包括鼠标点击，光标位于前面板控件上，键盘事件，或通过数据采集板监测的外置开关关闭。这样的用户事件发生在对各种刺激的响应中，这些刺激由记录用户事件的同一程序控制。每个刺激发生和每个用户事件都有时间标记，以便与同时记录的脑电波一起进行分析。

在开发我们的系统时，我们从一个比研究工作记忆容量更简单的认知行为程序开始，即一个简单的反应时间测试。受试者坐在显示器前，点击启动试验的控件。该程序被设置为在用户开始试用后的2到7秒内随机闪现一张图片。用户的任务是在图片打开后，尽快点击相邻的“图片关闭”按钮。(在这种情况下，以及在许多其他情况下，警觉的受试者典型的简单反应时间约为200毫秒。)该程序将运行十次这样的试验，每次试验的开始时间由用户决定。在十次试验结束时，程序将数据发送到一个文件，然后停止。

我们的认知行为和脑电图的DAQ程序记录了试验开始、图片打开和图片关闭事件的时间戳。然后，我们的分析程序使用这些时间戳来“剪掉”与这些事件相关的脑电图记录的短部分。例如，我们预计额叶皮层脑电图记录将在受试者点击试验开始对照和点击图片关闭对照后显示出不同的精神状态。为了帮助消除记录中的运动伪影，我们通常在做出行为响应后的几分之一秒开始“剪切”样本。

决定要截取的样本持续时间需要在选择较长的样本以提高频率分辨率和选择较短的样本以试图捕捉单一心理状态的电振荡痕迹之间进行权衡。我们通常估计这个“心理量子”在一到两秒之间。认知科学文献中有大量信息表明，从工作记忆容量、感知和决策的角度来看，这样的时间间隔是有意义的。此外，1-2秒的间隔提供了足够的时间来获得超过奈奎斯特要求的最小脑电波周期数。例如，可能参与认知活动的最慢脑电波可能低至每秒5次，接近“θ节奏”范围的底部，而所谓的“β节奏”，大约15到25赫兹，长期以来一直被认为与注意力反应有关。近年来，人们对“伽马”脑电波范围(大约在30到100赫兹之间)进行了更多的研究;这一波段的同步性被认为与定义一个物体的特定感知特征的大脑基质的瞬间“结合”有关。

更多说明，参见附件的详细说明。

需要说明的是，上述的例程和文档，都是可以下载的，双击即可打开，其中压缩文件是可以采用粘贴复制的方式，拷贝到硬盘上。这不是图片，各位小伙伴看到后尝试一下，这个问题就不用加微信咨询了。有关LabVIEW编程、LabVIEW开发等相关项目，可联系们。附件中的资料这里无法上传，可去公司网站搜索下载。

LabVIEW程序，如下附件所示。

相关资料说明，如下所示