颠倒睡眠状态调制心电信号非线性混沌特性的研究

心电信号能够提供心脏活动状态的重要信息，具有明显的混沌动力学特性。其非线性混沌特性研究是非常重要的课题，有重要学术意义和实际价值。本项目把混沌滴定方法引用到HRV信号分析中，结合AR模型得到自主神经的相互作用，重点研究自主神经的相互作用与HRV信号混沌强度之间的依赖关系。通过实验和理论验证，人体颠倒睡眠状态对HRV信号混沌强度变化规律的调制，以及对自主神经相互作用规律的调制。初步探讨不同时间段进行运动锻炼对HRV信号混沌特性的影响。本项目的研究成果相对于以往心电信号的非线性分析来讲将是一个完善和创新，对于发展时间序列新的研究方法、拓宽生理信号的研究思路具有重要的意义，为解决临床心脏病病发时间问题提供一定的理论依据。

本项目利用非线性分析方法分析心电信号，具体完成了以下几个方面的工作：第一，采用非线性方法估计心率变异性信号（HRV）的混沌强度，并利用相位随机替代数据法进行验证。第二，采用自回归（AR）模型分析法估计自主神经系统在24小时昼夜节律调控下相互的作用过程。将AR模型得到的结论与同一个体得到的混沌强度的结果进行比较分析，研究交感和副交感神经的相互作用与HRV信号混沌强度之间的依赖关系。第三，采集颠倒睡眠状态下人体的24小时心电信号，从中提取HRV信号。研究颠倒睡眠状态下HRV信号混沌强度的变化规律，以及自主神经相互作用的规律。与正常作息情况下的变化规律进行比较，探索颠倒睡眠状态对HRV信号混沌特性的影响。第四，采集不同时间段进行同一种运动锻炼的人体心电信号，并提取HRV信号。研究不同时间段进行运动锻炼对HRV信号混沌特性的影响，寻找一天中最佳的运动锻炼时间。第五，对心电和脑电之间的耦合，呼吸系统与心脏系统之间的耦合进行了研究。第六，对实际采集信号中数据丢失情况加以考虑，对非线性分析方法的可靠性进行了研究。本项目历时三年，超额完成了项目申请书中的目标。共发表SCI文章10余篇，分别发表在Europhysics Letters, Physica A, 中国科学, 物理学报等期刊上。此项目的研究共培养研究生5名。