基于前額聯(lián)絡(luò)皮層腦電信號的海洛因戒斷大鼠個體覓藥行為狀態(tài)識別*

黃 磊， 潘群皖， 胡慧嫻， 徐曉燕

((1. 皖南醫(yī)學院 醫(yī)學工程學教研室, 蕪湖 241002; 2. 皖南醫(yī)學院 生理教研室， 蕪湖 241002)

藥物成癮是以強迫性覓藥和復(fù)吸為特征性的慢性腦病[1]。研究表明，大腦前額葉聯(lián)絡(luò)皮層(frontal association cortex, FrA)中樞獎賞系統(tǒng)通路的正性強化作用，是導(dǎo)致大鼠海洛因成癮的重要因素之一。Doherty等[2]研究顯示，大鼠海洛因自給藥戒斷期，內(nèi)側(cè)前額皮層的邊緣前區(qū)(prelimbic area, PL)和下緣區(qū)(infralimbic area, IL) Fos陽性神經(jīng)元顯著增加，這些神經(jīng)元的活性與大鼠海洛因覓藥行為正相關(guān)。場景暴露可激活這些Fos陽性神經(jīng)元集群，其神經(jīng)電活動編碼海洛因獎賞效應(yīng)與自給藥場景聯(lián)合覓藥恢復(fù)過程[3]。

條件性位置偏愛(conditioned place preference，CPP)實驗是測定動物藥物成癮的一種常用方法。使用FrA區(qū)電極埋藏加無線遙測技術(shù)，本課題組對大鼠阿片類藥物位置偏愛狀態(tài)下，F(xiàn)rA區(qū)神經(jīng)元同步遙測腦電活動(局部場電位，local field potentials)進行分析，發(fā)現(xiàn)嗎啡誘導(dǎo)CPP組大鼠黑-白箱(拌藥箱)穿梭潛伏期及穿梭過程中，大鼠PL區(qū)小波提取的場電位各頻段平均波幅均減小[4]，在使用海洛因(二乙酰嗎啡)誘導(dǎo)CPP組大鼠實驗中，也發(fā)現(xiàn)在黑-白箱穿梭潛伏期，雙側(cè)PL區(qū)場電位均呈現(xiàn)θ波百分比上升，左側(cè)還表現(xiàn)為γ3波百分比增加，出現(xiàn)所謂的PL區(qū)θ波振蕩(θ oscillation)的增強，尤其是左側(cè)可能形成的θ～γ3同步振蕩，呈現(xiàn)θ～γ波節(jié)律交錯頻率耦合(cross-frequency coupling，CFC)[5-7]等變化規(guī)律，同時發(fā)現(xiàn)表征腦電序列復(fù)雜度的熵值有變化[4-7]。這些均表明大鼠在黑-白箱穿梭覓藥中，存在特異性腦電與大鼠覓藥動機的形成及其行為的產(chǎn)生之間關(guān)聯(lián)緊密。但由于海洛因誘導(dǎo)CPP模型大鼠在黑-白箱和白-黑穿梭過程中，不可避免地出現(xiàn)肌肉運動產(chǎn)生的肌電信號、電極摩擦噪聲(其頻帶范圍和實驗大鼠主要節(jié)律腦電頻帶重疊)等干擾因素的影響[8]，常規(guī)腦電特征提取方法很難實現(xiàn)對實驗大鼠個體覓藥行為獲得較高的實時分類準確率，從而無法對其強迫性覓藥行為及時預(yù)警并對癥干預(yù)。

本研究擬針對海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠FrA區(qū)無線遙測腦電信號采取局部小波振幅閾值消噪預(yù)處理，再對消噪后腦電提取δ波、θ波、α波、β波，以此4種主要節(jié)律對應(yīng)頻率腦電小波系數(shù)的標準差值(線性特征)及樣本熵值(非線性特征)作為融合特征向量，利用支持向量機(SVM)算法對成癮大鼠個體不同行為狀態(tài)的實時識別，結(jié)果得到較高的正確識別率，由此為海洛因誘導(dǎo)大鼠覓藥行為的發(fā)生提供一個較為準確的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠模型制備及FrA區(qū)無線遙測場電位記錄[4-6]

1.1.1 動物和frA區(qū)電極埋藏 清潔級 Wistar 大鼠( 南京市江寧區(qū)青龍山動物繁殖場，許可證號為 SCXK 蘇 2001 -0001) 30只。在1%戊巴比妥鈉(5 ml· kg-1)麻醉狀態(tài)下行FrA區(qū)電極埋藏手術(shù)，左右側(cè)FrA區(qū)定位：前鹵+5.00 mm，矢狀縫旁開 2.00 mm，深度2.5 mm，電極使用0.3 mm漆包鎳鉻線并用牙科自凝水泥固定，封閉切口后連續(xù)3 d注射青霉素以防手術(shù)感染。

1.1.2 海洛因誘導(dǎo)大鼠建模 隨機選擇并標記編碼FrA電極埋藏的20只大鼠，作為海洛因誘導(dǎo)CPP組，放入 CPP 視頻黑白箱內(nèi)( JLBehv 條件性位置偏愛視頻分析系統(tǒng)，上海吉量軟件科技有限公司生產(chǎn))，以白箱作為拌藥箱并用活動擋板隔離黑、白箱，第1日上午9:00第1次在白箱內(nèi)對其皮下注射海洛因0.5 mg/(kg·d)，第2日開始每天2次(上午9:00 1次，下午6:00 1次)，每日遞增0.25 mg/kg,連續(xù)注射7 d，剩下10只大鼠(已施行FrA電極埋藏手術(shù))作為手術(shù)對照組，同法注射等量生理鹽水。海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠注射7 d后，分別在停藥后第1日和第2日上午做位置偏愛測定，讓2組大鼠在黑-白箱自由行動，記錄45 min黑和白箱行動軌跡和停留時間，做組間和海洛因誘導(dǎo)CPP組大鼠訓練前后統(tǒng)計學分析。統(tǒng)計學Levene 法檢驗方差齊性，兩獨立樣本比較用t檢驗，顯著水準α=0.05，不滿足檢驗條件時，采用秩檢驗。同一大鼠海洛因誘導(dǎo)前后拌藥箱停留時間對比超過50%，可確立該大鼠個體海洛因誘導(dǎo)CPP制模成功。

1.1.3 2組大鼠FrA自發(fā)腦電測定 利用腦電生理無線遙測系統(tǒng)( BW - 200 型生理無線遙測系統(tǒng)，成都泰盟科技有限公司生產(chǎn))及條件性位置偏愛視頻系統(tǒng)每天2次(上午8:50—9:10，下午5:50—6:10)分別記錄海洛因誘導(dǎo)大鼠自然戒斷期(連續(xù)注射海洛因7 d后停止注射后24～48 h內(nèi))FrA區(qū)20 min腦電數(shù)據(jù)，并按01白-黑穿梭、02黑箱停留、03黑-白穿梭、04白箱停留標注其行為狀態(tài)，每只大鼠總共記錄4次共80 min數(shù)據(jù)。因為實驗大鼠在4種行為狀態(tài)之間多次切換且時間不等，為考慮每種行為狀態(tài)數(shù)據(jù)長度的可比性，我們以2 s為腦電數(shù)據(jù)長度，截取經(jīng)過后續(xù)1.2節(jié)中小波消噪后，每種行為狀態(tài)對應(yīng)腦電數(shù)據(jù)120段。最終本文分析的實驗大鼠腦電數(shù)據(jù)形式為20×4×120，其中20代表戒斷實驗大鼠個數(shù), 4代表其黑、白箱停留、白-黑穿梭、黑-白穿梭四種行為狀態(tài)，120代表腦電樣本組數(shù)。

1.2 基于特定肌電噪聲區(qū)域的FrA區(qū)無線遙測腦電數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

現(xiàn)階段腦電消噪技術(shù)多針對于可放置噪聲參考電極的多電極腦電原始信號且消噪效果較好，能用于單電極腦電消噪的技術(shù)主要有：EMD-ICA、TESWT自適應(yīng)及小波變換方法[9]。小波變換因兼顧腦電信號的時域和頻域信息在單電極腦電消噪中應(yīng)用相對廣泛[10,11]。加之，本課題組所研究的海洛因誘導(dǎo)大鼠自然戒斷期腦電屬于單電極腦電且肌電噪聲相對較多。我們選用小波閾值消噪方法來預(yù)處理原始腦電信號。根據(jù)Mallat算法公式(1)可知，可對本實驗采集的離散EEG單電極信號x(n)可進行有限層分解，

(1)

其中，L為分解層數(shù)，AL為低通逼近分量，Dj為不同尺度下的細節(jié)分量。因本實驗?zāi)X電信號的采樣率為500 Hz，為讓小波不同尺度分解后系數(shù)能較好的對應(yīng)腦電常見四節(jié)律δ波(0～3.9 Hz)、θ波(3.9～ 7.8 Hz)、α波(7.8～15.6 Hz)、β波(15.6～31.25 Hz)的頻率范圍及對應(yīng)能量。我們選用db5小波對每段腦電數(shù)據(jù)進行6層分解時，則上述四個節(jié)律振幅依次分別可用A6、D6、D5、D4四個小波系數(shù)來表征。但這種消噪方法多是直接作用于整段腦電信號x(n)，導(dǎo)致面對本課題組所采集的其間包含和δ波、θ波、α波、β波主要節(jié)律頻帶范圍接近而振幅遠大于實驗大鼠腦電的骨骼肌肌電的海洛因誘導(dǎo)大鼠自然戒斷期腦電，消噪過程中因閾值的大小選取很難權(quán)衡而影響最終的消噪效果。針對上述肌電信號振幅遠大于常規(guī)腦電振幅；所有消噪信號處理方法均可能對實驗大鼠有效腦電信號有損耗等因素考慮。我們首先對每只戒斷實驗大鼠的80 m腦電數(shù)據(jù)按4種行為狀態(tài)進行分類，然后計算每只大鼠每種行為狀態(tài)所有腦電數(shù)據(jù)的平均振幅，最后得到20只實驗戒斷大鼠每種行為狀態(tài)的平均振幅。若某只大鼠該種行為狀態(tài)2 s的腦電數(shù)據(jù)平均振幅大于該平均值，則認為截取的該段數(shù)據(jù)含有肌電噪聲信號；需對該段腦電信號首先采用db5小波進行6層分解，再對每一層分小波系數(shù)手動作硬閾值函數(shù)處理，最后再采用逆小波變換還原出消噪后的腦電信號；反之，則認為該2 s段原始腦電信號含肌電噪聲干擾較少而無需再做消噪處理。因為從信號消噪處理原理的角度考慮，所有信號消噪處理方法均會在消除噪聲的同時對原始腦電信號的有效成分也產(chǎn)生一定程度的衰減。最終將經(jīng)過小波消噪預(yù)處理后采用逆小波還原出的某段2 s腦電信號和含肌電噪聲干擾較少而未做消噪處理的2 s原始腦電信號匯總為某只大鼠該種行為狀態(tài)下所有腦電數(shù)據(jù)。按1.1中方法預(yù)處理方法處理后得到實驗大鼠每種行為狀態(tài)下腦電樣本數(shù)據(jù)120段，隨機選取其中80段樣本數(shù)據(jù)組成訓練集數(shù)據(jù)(80×4=320段)，每種行為狀態(tài)剩下的40段樣本數(shù)據(jù)組成測試集數(shù)據(jù)(40×4=160段)。

1.3 海洛因CPP大鼠FrA區(qū)無線遙測腦電特征提取

海洛因CPP大鼠在動機形成及產(chǎn)生強迫性覓藥行為時，其負責整合當前感覺信息、獎賞效價和機體需要的前額聯(lián)絡(luò)皮層區(qū)域腦電一定會呈現(xiàn)一定的特異性改變。信號標準差是信號幅值偏離平均值的均方根，文獻[8]研究表明海洛因位置偏愛大鼠FrA區(qū)腦電中δ波、θ波、α波、β波四種主要節(jié)律和正常對照組相比，其能量值及含量百分比均出現(xiàn)不同程度的特異性改變，提示若能提取不同行為狀態(tài)腦電信號的標準差以及對其進行小波分解后提取出與δ波、θ波、α波、β波四個主要節(jié)律頻帶對應(yīng)的A6、D6、D5、D4四個小波系數(shù)的均方根作為四種不同行為狀態(tài)下線性特征會對提高識別率有幫助。文獻[7]研究表明海洛因CPP大鼠FrA區(qū)腦電樣本熵值和正常對照組相比，也表現(xiàn)出較顯著的改變，提示若能提取不同行為狀態(tài)腦電信號的樣本熵值作為四種不同行為狀態(tài)下非線性特征也會對提高識別率有幫助。綜上所述，經(jīng)過這樣融合處理后輸入不同行為狀態(tài)分類器的腦電特征量有4個線性和1個非線性特征共5個特征量。

1.4 支持向量機分類算法原理

支持向量機是一種能較好處理小樣本監(jiān)督分類，并具有很好的泛華能力的統(tǒng)計學習方法[11]。本研究選擇的SVM分類模型為C-支持向量分類模型。其算法原理具體步驟如下：

(1)選擇合適的核函數(shù)K(Xi，Xj)和懲罰參數(shù)C，構(gòu)造并求解最優(yōu)化問題

(2)

(3)

(4)

(3)構(gòu)造決策函數(shù)：

(5)

公式(5)中K，ai*和b*分別代表支持向量個數(shù)，支持向量系數(shù)和分類閾值。本研究選用高斯徑向基核函數(shù)作為核函數(shù)，其表達式為：

(6)

利用LibSVM工具箱，利用粒子群優(yōu)化算法進行參數(shù)尋優(yōu)，得到最佳懲罰因子c和核函數(shù)參數(shù)g。

2 結(jié)果

2.1 海洛因依賴(拌藥箱位置偏愛)大鼠的確定

在大鼠45 min黑白箱穿梭時間中，選擇前15 min穿梭軌跡做白箱(拌藥箱)停留時間和停留時間百分比測定(后30 min大鼠有疲勞懈怠現(xiàn)象)，結(jié)果見表1。統(tǒng)計學顯示，海洛因誘導(dǎo)CPP組大鼠停藥1～2 d，其白箱停留時間及其百分比均較用藥前明顯增加(P<0.05，P<0.01)。與手術(shù)對照組(注射鹽水)比較，上述指標更為顯著(P<0.05，P<0.01)。上述結(jié)果表明本海洛因制模方法已成功使大鼠產(chǎn)生海洛因依賴。

Tab. 1 Analysis of staying time ( 15 min) of heroin-induced CPP rats in white box

2.2 基于特定肌電噪聲區(qū)域的小波消噪預(yù)處理結(jié)果

為了便于解釋消噪處理方法，我們特意挑選連續(xù)依次包含01白-黑穿梭、02黑箱停留、03黑-白穿梭、04白箱停留四個行為狀態(tài)，總時長為60 s的4#海洛因位置偏愛誘導(dǎo)實驗大鼠戒斷期FrA區(qū)原始腦電(因?qū)嶒炦^程中CPP實驗大鼠在四種行為狀態(tài)之間多次切換且時間長短嚴重不等)，做出腦電時域波形圖如圖1所示。從圖1中(a)中可以看出實驗大鼠四種行為狀態(tài)中均有噪聲污染帶來的尖刺信號，尤以03黑-白穿梭狀態(tài)最為明顯(其振幅上下差值接近達到35 μV)。圖1中(b)為對60 s原始腦電信號整體采用6層小波分解提取出對應(yīng)δ波、θ波、α波、β波四個小波系數(shù)后對再采用硬閾值消噪方法處理，最后采用逆小波變換還原得出的全局閾值小波消噪后信號。與(a)中原始腦電信號相比，突兀的尖刺噪聲信號基本消除，其中03黑-白穿梭狀態(tài)的尖刺信號振幅下降明顯(其振幅上下差值已削弱為接近20 μV左右)。圖1中(c)為針對包含肌電噪聲較多的原始腦電局部區(qū)域采用6層小波分解提取出對應(yīng)δ波、θ波、α波、β波四個小波系數(shù)后對采用硬閾值消噪方法處理最后還原匯總得到的CPP組局部手工調(diào)整閾值小波消噪后腦電時域信號，與圖1中(a)、(b)中腦電信號相比可看出，其實現(xiàn)了在尖刺噪聲信號消除的同時原始腦電信號波形中的銳利有效成分得以保留。其中對03黑-白穿梭狀態(tài)的尖刺信號最為明顯，在基本保留了原始腦電信號中該段特征波形的同時將其尖刺信號振幅也已削弱為接近20 μV左右。

Fig. 1 Time domain waveform of CPP heroin-withdrawal rats

圖2為與圖1中三種情況下腦電時域波形圖對應(yīng)的頻譜圖，從圖2(a)圖可看出噪聲頻段主要位于高幅慢波的δ波(0～3.9 Hz)和θ波(3.9～7.8 Hz)頻段范圍內(nèi)，其和振幅對應(yīng)的強度值最高達到5 200左右。與原始腦電信號頻譜(a)圖相比，經(jīng)過小波閾值消噪處理后的(b)、(c)頻譜圖均在橫坐標為 0.5 HZ左右處有較大凹陷，最大振幅對應(yīng)的強度值也從5 200左右削弱到4 200左右，說明小波閾值消噪方法對本研究所得到的原始腦電信號中所包含的肌電噪聲消除非常有針對性。從圖2(c)圖可看出，針對特定肌電區(qū)域采用小波閾值消噪方法，除了在消除高幅慢波的δ波(0～3.9 Hz)和θ波(3.9～7.8 Hz)頻段范圍內(nèi)的肌電噪聲效果明顯的同時保留了原始腦電中α波(7.8～15.6 Hz)、β波(15.6～31.25 Hz)頻段有效信號的強度，從而為后續(xù)實驗大鼠腦電特征提取及行為狀態(tài)識別打下了良好的基礎(chǔ)。

Fig. 2 Frequency domain waveform of CPP heroin-withdrawal rats

2.3 4#海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠四種行為狀態(tài)特征量的比較

盒形圖是在1977年由美國的統(tǒng)計學家約翰.圖基(John Tukey)發(fā)明的，能夠有效幫助我們識別數(shù)據(jù)的特征[12]。它由上四分位數(shù)(Q3)、中位數(shù)和下四分位數(shù)(Q1)組成一個“帶有隔間的盒子”。盒子的長度(IQR)等于上下四分位線之間的差值，最大觀察值等于上四分位數(shù)和1.5倍的盒子長度之間的差值，最小觀察值等于下四分位數(shù)和1.5倍的盒子長度之間的差值。一般上下四分位數(shù)和最大觀察值和最小觀察值之間有一條被稱為“胡須”的延伸線。大于和小于最小觀察值的數(shù)據(jù)點稱為“離群點”，通常被單獨標注以免因少數(shù)的“離群點”數(shù)據(jù)導(dǎo)致整體特性的偏移。對每個實驗大鼠80 m的原始腦電數(shù)據(jù)做完針對特定區(qū)域肌電小波消噪處理后的腦電數(shù)據(jù)按行為狀態(tài)分類各選取120個片段樣本，每個片段長度為1 000個數(shù)據(jù)點(2 s)。提取每個樣本腦電數(shù)據(jù)片段與δ波、θ波、α波、β波四個主要節(jié)律頻帶對應(yīng)的A6、D6、D5、D4小波系數(shù)標準差(線性特征)及其樣本熵值(非線性特征)，采用非參數(shù)檢驗來分析每只大鼠四種行為狀態(tài)下δ波、θ波、α波、β波四個主要節(jié)律頻帶強度標準差值之間的差異。

圖3為4#海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠四種行為狀態(tài)四種主要節(jié)律強度標準差值盒形圖，顯示4#實驗大鼠額葉腦電數(shù)據(jù)在03黑-白穿梭行為狀態(tài)下其δ波、θ波、α波、β波的強度標準差值和其它行為狀態(tài)相比均存在顯著差異，也即針對特定肌電噪聲區(qū)域采用小波閾值消噪后得到的腦電數(shù)據(jù)的A6、D6、D5、D4小波系數(shù)標準差值(線性特征)適合作為海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠強迫性覓藥行為實時識別的特征值。但同時我們也看到四種主要節(jié)律在每種行為狀態(tài)下均有少數(shù)的“離群點”，特別是圖中(a)圖可看出頻帶范圍在0～3.9 HZ與δ波近似的“離群點”噪聲數(shù)據(jù)相對較多，說明針對本研究的腦電消噪技術(shù)還有提高的空間。

Fig. 3 Standard difference box plot of main rhythm intensity from four behavioral states in 4# CPP heroin-withdrawal rats

圖4為海洛因誘導(dǎo)CPP4#大鼠四種行為狀態(tài)腦電樣本熵值盒形圖，顯示4#實驗大鼠額葉腦電數(shù)據(jù)在03黑-白穿梭行為狀態(tài)下其樣本熵值和其它行為狀態(tài)相比均存在顯著差異且明顯小于其它三種行為狀態(tài)。也即針對特定肌電噪聲區(qū)域采用小波閾值消噪后得到的表征腦電數(shù)據(jù)序列復(fù)雜度的樣本熵值(非線性特征)適合作為海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠強迫性覓藥行為實時識別的特征值。

Fig. 4 Sample entropy value box plot from four behavioral states in 4# CPP heroin-withdrawal rats

2.4 海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠四種不同行為狀態(tài)SVM分類準確率

表2為20只實驗大鼠基于四個節(jié)律強度標準差及樣本熵作為融合特征值到的01白-黑穿梭、02黑箱停留、03黑-白穿梭、04白箱停留四個行為狀態(tài)的SVM分類準確率。選取單只實驗大鼠四種行為狀態(tài)額葉腦電各120樣本片段(數(shù)據(jù)點為1 000，時長為2 s)，隨機選取每種行為狀態(tài)80個樣本片段數(shù)據(jù)作為訓練數(shù)據(jù)(總數(shù)據(jù)為80×4等于320個數(shù)據(jù))，剩下的40個樣本片段數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)(總數(shù)據(jù)為40×4等于160個數(shù)據(jù))，采用同樣的算法計算出每只實驗大鼠四種行為狀態(tài)的分類準確率。從表中可以看出所有實驗大鼠03黑-白穿梭狀態(tài)的分類識別率較高，平均值達到83.88。

Tab. 2 Classification accuracy of four behavioral states in CPP heroin-withdrawal rats

3 討論

海洛因藥物加場景的條件性刺激，可誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生海洛因CPP，后者被廣泛地運用于大鼠藥物依賴模型的制作。本實驗利用大鼠天然喜愛黑(暗)環(huán)境習性，將CPP視頻白箱作為拌藥箱，連續(xù)7 d遞增劑量給予海洛因皮下注射并隨即戒斷，經(jīng)視頻觀察大鼠黑-白箱穿梭軌跡和統(tǒng)計學分析，發(fā)現(xiàn)海洛因誘導(dǎo)CPP組大鼠注射藥物7 d后戒斷期，白箱停留時間和停留時間百分比顯著增加，提示該組大鼠已產(chǎn)生了明顯的白箱覓藥行為和海洛因藥物依賴。

海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠突發(fā)的強迫性覓藥行為與FrA區(qū)的腦電特征性改變之間關(guān)聯(lián)緊密[13]。但誘導(dǎo)CPP大鼠在出現(xiàn)強迫性覓藥行為時多伴隨有與之相一致的肌電等干擾噪聲[14]，而這些噪聲的信號頻帶范圍(0～8Hz)和實驗大鼠強迫性覓藥行為關(guān)聯(lián)最緊密的特征腦電δ波(0～3.9 Hz)和θ波(3.9～7.8 Hz)頻帶大部重疊[5]，加之不同海洛因依賴實驗大鼠個體腦電之間存在差異性等原因[15]，使得有關(guān)藥物依賴大鼠強迫性覓藥行為的腦電特征研究很難用于預(yù)警海洛因依賴患者個體的強迫性覓藥行為[16]，及時對癥干預(yù)，從而有效抑制并避免“復(fù)吸”。

本研究通過分析海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠FrA區(qū)原始場電位信號，發(fā)現(xiàn)與穿梭覓藥相一致的陣發(fā)性肌電噪聲干擾信號其信號頻帶范圍與高幅慢波的δ波(0～3.9 Hz)和θ波(3.9～7.8 Hz)頻段范圍接近，但振幅遠大于實驗大鼠與強迫性覓藥行為關(guān)聯(lián)緊密的腦電有效信號振幅。針對肌電噪聲干擾信號的上述特點，我們對包含特定噪聲較多而表現(xiàn)出振幅過大區(qū)域針對性采用小波閾值消噪方法對原始腦電信號進行消噪處理。從海洛因誘導(dǎo)CPP戒斷大鼠時域波形圖1和頻域波形圖2中可以看出，本文所采用的消噪方法在取得很好的消噪效果的同時最大程度的保留了原始信號中的特征腦電有效成分。海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠個體穿梭覓藥行為相關(guān)腦電消噪和特征值的實時提取，有助于海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠真實腦電信號的識別，提高腦電信號與成癮大鼠個體覓藥行為之間的相關(guān)性。

腦電信號處理的方法從原理上可分為線性分析和非線性分析二大類[17]。有研究表明，與海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠腦電中和δ波、θ波、α波、β波四個主要節(jié)律對應(yīng)的小波系數(shù)標準差所表征的線性特征變化，以及表征腦電序列信號復(fù)雜性的樣本熵值標準差所代表的非線性變化均與實驗大鼠的覓藥行為關(guān)聯(lián)緊密[13，14]。所以，本研究中我們對經(jīng)過前述針對特定區(qū)域采用小波閾值消噪得到的實驗大鼠腦電，首先按行為狀態(tài)進行分類各自選取時長為2 s的120個腦電樣本片段，再提取其對應(yīng)四種主要節(jié)律強度標準差值和樣本熵值。從實驗大鼠4種行為狀態(tài)和4種主要節(jié)律強度標準差值盒形圖3，腦電樣本熵值盒形圖4可看出，上述4個線性特征和1個非線性特征均非常適合作為海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠強迫性覓藥行為實時識別的特征值，融合后的特征值因既考慮了(FrA)原始腦電的線性特征又兼顧了其非線性特征，從而具有更好的分類識別率。從表1海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠4種行為狀態(tài)分類準確率可知：20只實驗大鼠個體的四種行為狀態(tài)分類準確率均值都達到在80%上下浮動，其中4#實驗大鼠的03黑-白穿梭達到了83.88%的分類識別率，基本實現(xiàn)了海洛因CPP大鼠行為狀態(tài)的自動分類與預(yù)警。

綜上所述，針對海洛因誘導(dǎo)CPP大鼠個體FrA腦電原始數(shù)據(jù)，采用小波閾值消噪預(yù)處理去除特定肌電噪聲，再選取所有實驗大鼠4種行為狀態(tài)FrA腦電各120樣本片段提取其δ波、θ波、α波、β波，同時對這些節(jié)律小波系數(shù)標準差值和樣本熵值組成融合特征向量，輸入支持向量機，每只實驗大鼠個體的4種行為狀態(tài)分類準確率均值均達到預(yù)想的結(jié)果，基本實現(xiàn)了對海洛因成癮大鼠個體強迫性覓藥行為的實時識別，不失為一種檢測海洛因大鼠覓藥行為發(fā)動、發(fā)生的有效方法。籍此思路，后續(xù)開展更大規(guī)模樣本數(shù)的探索研究或者直接用無線腦電監(jiān)測設(shè)備獲得海洛因依賴患者腦電數(shù)據(jù)并試圖探索其與覓藥緊密相關(guān)的行為狀態(tài)之間的關(guān)系并有效識別,對于應(yīng)用于海洛因依賴患者的臨床觀察和預(yù)防覓藥行為的產(chǎn)生，具有一定的借鑒和研究價值。