RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2012

 / 

Сентябрь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Вейвлет-анализ в нейродинамике

 а,  б,  б,  в,  г,  д
а Международный институт нелинейной динамики, физический факультет, Саратовский государственный университет, Саратов, Российская Федерация
б Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, факультет нелинейных процессов, ул. Астраханская 83, Саратов, 410012, Российская Федерация
в Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, ул. Бутлерова 5-а, Москва, 117485, Российская Федерация
г Universidad Complutense de Madrid, Ciudad Universitaria, Madrid, 28040, Spain
д Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, ул. Астраханская 83, Саратов, 410071, Российская Федерация

Представлен обзор результатов по применению непрерывного и дискретного вейвлет-преобразований в задачах нейродинамики. Основное внимание уделяется новым возможностям, которые предоставляет вейвлет-анализ в расшифровке информации, содержащейся в сигналах нейронных систем и сетей. Рассматривается применение вейвлетов для анализа 1)микроскопической динамики (уровень отдельных клеток или внутриклеточных процессов), 2) обработки сенсорной информации, 3) динамики групповой активности в нейронных ансамблях, 4) макродинамики ритмической активности головного мозга (по данным многоканальных электроэнцефалограмм). Обсуждается возможность выделения и классификации различных осцилляторных паттернов электрической активности головного мозга, а также создания систем мониторинга активности головного мозга с использованием методов, основанных на непрерывном вейвлет-анализе.

Текст pdf (1,6 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0182.201209a.0905
PACS: 05.45.Tp, 05.45.Xt, 07.05.Mh, 87.19.L−, 95.75.Wx (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0182.201209a.0905
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2012/9/a/
000312382200001
2-s2.0-84872111741
Цитата: Павлов А Н, Храмов А Е, Короновский А А, Ситникова Е Ю, Макаров В А, Овчинников А А "Вейвлет-анализ в нейродинамике" УФН 182 905–939 (2012)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 6 октября 2011, доработана: 18 марта 2012, 20 марта 2012

English citation: Pavlov A N, Hramov A E, Koronovskii A A, Sitnikova E Yu, Makarov V A, Ovchinnikov A A “Wavelet analysis in neurodynamics” Phys. Usp. 55 845–875 (2012); DOI: 10.3367/UFNe.0182.201209a.0905

Список литературы (188) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (137) Похожие статьи (20)

  1. Buzsáki G, Draguhn A Science 304 1926 (2004)
  2. Некоркин В И УФН 178 313 (2008); Nekorkin V I Phys. Usp. 51 295 (2008)
  3. Рабинович М И, Мюезинолу М К УФН 180 371 (2010); Rabinovich M I, Muezzinoglu M K Phys. Usp. 53 357 (2010)
  4. Tuckwell H C Introduction to Theoretical Neurobiology Vol. 1, 2 (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1988)
  5. da Silva F L Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 79 81 (1991)
  6. Иваницкий Г Р, Медвинский А Б, Цыганов М А УФН 164 1041 (1994); Ivanitskii G R, Medvinskii A B, Tsyganov M A Phys. Usp. 37 961 (1994)
  7. Борисюк Г Н и др. УФН 172 1189 (2002); Borisyuk G N et al. Phys. Usp. 45 1073 (2002)
  8. Freeman W J J. Physiol. Paris 94 303 (2000)
  9. Villacorta-Atienza J A, Velarde M G, Makarov V A Biol. Cybern. 103 285 (2010)
  10. Makarov V A, Villacorta-Atienza J A Recurrent Neural Networks for Temporal Data Processing (Ed. H Cardot) (Shanghai: InTech, 2011) p. 81
  11. Nunez P L, Srinivasan R Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG (Oxford: Oxford Univ. Press, 1981)
  12. Niedermeyer E, da Silva F L Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields (Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2005)
  13. Westmijse I et al. Epilepsia 50 2538 (2009)
  14. Ahissar E, Knutsen P M Biol. Cybern. 98 449 (2008)
  15. Makarov V A et al. Comput. Intell. Neurosci. 2010 340541 (2010)
  16. Grossmann A, Morlet J SIAM J. Math. Anal. 15 723 (1984)
  17. Daubechies I Ten Lectures on Wavelets (Philadelphia, Pa.: Society for Industrial and Applied Mathematics, 1992); Добеши И Десять лекций по вейвлетам (М. - Ижевск: РХД, 2001)
  18. Meyer Y Wavelets: Algorithms and Applications (Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 1993)
  19. Meyer Y Wavelets and Operators (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1992)
  20. Aldroubi A, Unser M (Eds) Wavelets in Medicine and Biology (Boca Raton: CRC Press, 1996)
  21. Benedetto J J, Zayed A I (Eds) Sampling, Wavelets, and Tomography (Boston: Birkhäuser, 2004)
  22. Letelier J C, Weber P P J. Neurosci. Methods 101 93 (2000)
  23. Hulata E, Segev R, Ben-Jacob E J. Neurosci. Methods 117 1 (2002)
  24. Quiroga R Q, Nadasdy Z, Ben-Shaul Y Neural Comput. 16 1661 (2004)
  25. Morlet J et al. Geophysics 47 203 (1982)
  26. Анфиногентов В Г, Короновский А А, Храмов А Е Изв. РАН. Cер. физ. 64 2383 (2000)
  27. Torrésani B Analyse Continue par Ondelettes (Paris: Savoirs Actuels, EDP Sciences)
  28. Addison P S The Illustrated Wavelet Transform Handbook: Introduction Theory and Applications in Science, Engineering, Medicine and Finance (Bristol: IOP Publ., 2002)
  29. Короновский А А, Храмов А Е Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения (М.: Физматлит, 2003)
  30. Kaiser G A Friendly Guide to Wavelets (Boston: Birkhäuser, 1994)
  31. Mallat S A Wavelet Tour of Signal Processing (San Diego: Academic Press, 1999)
  32. Астафьева Н М УФН 166 1145 (1996); Astaf'eva N M Phys. Usp. 39 1085 (1996)
  33. Дремин И М, Иванов О В, Нечитайло В А УФН 171 465 (2001); Dremin I M, Ivanov O V, Nechitailo V A Phys. Usp. 44 447 (2001)
  34. Van den Berg J C (Ed.) Wavelets in Physics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2004)
  35. Vetterli M, Kovačević J Wavelets and Subband Coding (Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1995)
  36. Ali S T, Antoine J-P, Gazeau J-P Coherent States, Wavelets and Their Generalizations (New York: Springer, 2000)
  37. Meyer Y, Coifman R Wavelets: Caldéron-Zygmund and Multilinear Operators (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997)
  38. Benedetto J J, Frazier M W (Eds) Wavelets: Mathematics and Applications (Boca Raton: CRC Press, 1994)
  39. Короновский А А, Храмов А Е Непрерывный вейвлетный анализ в приложениях к задачам нелинейной динамики (Саратов: Колледж, 2002)
  40. Gencay R, Selcuk F, Whitcher B An Introduction to Wavelets and Other Filtering Methods in Finance and Economics (San Diego, Calif.: Academic Press, 2002)
  41. Strutz T Bilddatenkompression. Grundlagen, Codierung, Wavelets, JPEG, MPEG, H.264 (Wiesbaden: Vieweg Braunschweig, 2002)
  42. Walker J S A Primer on Wavelets and Their Scientific Applications (Boca Raton, Fla.: Chapman & Hall/CRC Press, 1999)
  43. da Fontoura Costa L, Cesar R M (Jr.) Shape Analysis and Classification: Theory and Practice (Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2001)
  44. Jaffard S, Meyer Y, Ryan R D Wavelets: Tools for Science & Technology (Philadelphia: SIAM, 2001)
  45. Wickerhauser M V Adapted Wavelet Analysis from Theory to Software (Wellesley, MA: A.K. Peters, 1994)
  46. Postnikov E B, Lebedeva E A Phys. Rev. E 82 057201 (2010)
  47. Постников Е Б Журн. вычисл. матем. матем. физ. 46 77 (2006); Postnikov E B Comput. Math. Math. Phys. 46 73 (2006)
  48. Hramov A E, Koronovskii A A Chaos 14 603 (2004)
  49. Torresani B Self-similar Systems. Intern. Workshop, July 30 - August 7, 1998, Dubna, Russia (Eds V B Priezzhev, V P Spiridonov) (Dubna: JINR, 1999) p. 9
  50. Farge M Annu. Rev. Fluid Mech. 24 395 (1992)
  51. Meyers S D, Kelly B G, O'Brien J J Mon. Weather Rev. 121 2858 (1993)
  52. Павлов А Н Изв. вузов. Прикл. нелин. динамика 16 (6) 3 (2008)
  53. Szu H, Telfer B, Garcia J Neural Networks 9 695 (1996)
  54. Короновский А А, Храмов А Е Физика плазмы 28 722 (2002); Koronovskii A A, Khramov A E Plasma Phys. Rep. 28 666 (2002)
  55. van Milligen B Ph et al. Phys. Plasmas 2 3017 (1995)
  56. Mouri H, Takaoka M Phys. Rev. E 65 027302 (2002)
  57. Bowman C, Newell A C Rev. Mod. Phys. 70 289 (1998)
  58. Argoul F et al. Nature 338 51 (1989)
  59. Quiroga R Q et al. Phys. Rev. E 65 041903 (2002)
  60. Foufoula-Georgiou E, Kumar P (Eds) Wavelets in Geophysics (San Diego: Academic Press, 1994)
  61. Гусев В А, Короновский А А, Храмов А Е Письма в ЖТФ 29 (18) 61 (2003); Gusev V A, Koronovskii A A, Khramov A E Tech. Phys. Lett. 29 775 (2003)
  62. Sitnikova E, Hramov A E, Koronovsky A A, van Luijtelaar G J. Neurosci. Methods 180 304 (2009)
  63. Короновский А А, Храмов А Е Нелинейные волны — 2006 (Отв. ред. А В Гапонов-Грехов, В И Некоркин) (Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2007) с. 102
  64. Hramov A E, Koronovskii A A Physica D 206 252 (2005)
  65. Hramov A E, Koronovskii A A, Levin Yu I ЖЭТФ 127 886 (2005); Hramov A E, Koronovskii A A, Levin Yu I JETP 100 784 (2005)
  66. Постников Е Б ЖЭТФ 132 742 (2007); Postnikov E B JETP 105 652 (2007)
  67. Sosnovtseva O V et al. Phys. Rev. Lett. 94 218103 (2005)
  68. Brazhe N A et al. J. Biol. Phys. 32 191 (2006)
  69. Brazhe A R et al. Handbook of Research on Systems Biology Applications in Medicine (Ed. A Daskalaki) (Hershey, PA: Medical Information Science Reference, 2009) p. 653
  70. Тычинский В П УФН 177 535 (2007); Tychinskii V P Phys. Usp. 50 513 (2007)
  71. Sosnovtseva O V et al. Phys. Rev. E 70 031915 (2004)
  72. Marsh D J et al. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 288 R1160 (2005)
  73. Addison P S, Watson J N Int. J. Wavelets Multiresolut Inf. Process. 02 43 (2004)
  74. Pavlov A N et al. Brief. Bioinform. 7 375 (2006)
  75. Arvidsson J J. Comp. Neurol. 211 84 (1982)
  76. Darian-Smith I Somatosensory System (Handbook of Sensory Physiology) Vol. 2 (Ed. A Iggo) (Berlin: Springer-Verlag, 1973) p. 271
  77. Hayashi H Brain Res. 183 442 (1980)
  78. Woolsey T A, Van der Loos H Brain Res. 17 205 (1970)
  79. Jacquin M F et al. J. Neurophysiol. 70 1911 (1993)
  80. Moreno A et al. Neuroreport 16 1569 (2005)
  81. Carvell G E, Simons D J Somatosens. Mot. Res. 12 1 (1995)
  82. Harvey M A, Bermejo R, Zeigler H P Somatosens. Mot. Res. 18 211 (2001)
  83. Garabedian C E et al. J. Neurophysiol. 90 1379 (2003)
  84. Pavlov A N Proc. SPIE 6436 64360R (2007)
  85. Welker W I Behaviour 22 223 (1964)
  86. Castellanos N P et al. J. Neurophysiol. 98 2537 (2007)
  87. Grinsted A, Moore J C, Jevrejeva S Nonlin. Processes Geophys. 11 561 (2004)
  88. Lewicki M S Network Comput. Neural Syst. 9 R53 (1998)
  89. Schmidt E M J. Neurosci. Methods 12 95 (1984)
  90. Gray C M et al. J. Neurosci. Methods 63 43 (1995)
  91. Salganicoff M et al. J. Neurosci. Methods 25 181 (1988)
  92. Sarna M F et al. J. Neurosci. Methods 25 189 (1988)
  93. Zouridakis G, Tam D C Comput. Biol. Med. 27 9 (1997)
  94. Press W H et al. Numerical Recipes in C: the Art of Scientific Computing (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1992)
  95. Pavlov A N et al. Lecture Notes Comput. Sci. 3561 124 (2005)
  96. Pavlov A et al. Natural Comput. 6 269 (2007)
  97. Haykin S Neural Networks. A Comprehensive Foundation (Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999)
  98. Kohonen T Self-organization and Associative Memory (Berlin: Springer-Verlag, 1989)
  99. Hopfield J J, Tank D W Biol. Cybern. 52 141 (1985)
  100. Callan R The Essence of Neural Networks (Bristol: Prentice Hall Europe, 1999)
  101. Kugarajah T, Zhang Q IEEE Trans. Neural Networks 6 1552 (1995)
  102. Cheng Y, Chen B, Shiau F Proc. Natl. Sci. Counc. ROC A 22 783 (1998)
  103. Chang P R, Weihui Fu, Minjun Yi Eng. Intel. Syst. Elect. Eng. Commun. 6 217 (1998)
  104. Cao L et al. Physica D 85 225 (1995)
  105. Абарбанель Г Д и др. УФН 166 363 (1996); Abarbanel H D et al. Phys. Usp. 39 337 (1996)
  106. Zanette D H, Mikhailov A S Phys. Rev. E 58 872 (1998)
  107. Strogatz S H Nature 410 268 (2001)
  108. Boccaletti S et al. Phys. Rep. 424 175 (2006)
  109. Destexhe A, Sejnowski T J Thalamocortical Assemblies. How Ion Channels, Single Neurons, and Large-Scale Networks Organize Sleep Oscillations (Oxford: Oxford Univ. Press, 2001)
  110. Ливанов М Н Пространственная организация процессов головного мозга (М.: Наука, 1972); Livanov M N Spatial Organization of Cerebral Processes (New York: Wiley, 1977)
  111. Осовец С М и др. УФН 141 103 (1983); Osovets S M et al. Sov. Phys. Usp. 26 801 (1983)
  112. Свидерская Н Е Синхронная электрическая активность мозга и психические процессы (М.: Наука, 1987)
  113. Cвидерская Н Е Пространственная организация электроэнцефалограммы (М. - Воронеж: Изд-во ВГМА, 2008)
  114. Näätänen R Attention and Brain Function (Hillsdale, NJ: L. Erlbaum, 1992); Наатанен Р Внимание и функции мозга (М.: Изд-во МГУ, 1998)
  115. Величковский Б М Когнитивная наука. Основы психологии познания (М.: Академия, 2006)
  116. Свидерская Н Е, Дащинская Т Н, Таратынова Г В Журн. высш. нерв. деят. 51 393 (2001)
  117. Wolpaw J R et al. Clin. Neurophysiol. 113 767 (2002)
  118. Guger C et al. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 11 145 (2003)
  119. Иваницкий Г А и др. Вопросы искусств. интеллекта 1 (1) 93 (2008)
  120. Kaplan A Y et al. Int. J. Neurosci. 115 781 (2005)
  121. Ситникова Е Ю, Короновский А А, Храмов А Е Изв. вузов. Прикл. нелин. динамика 19 (6) 173 (2011)
  122. Drinkenburg W H et al. Physiol. Behav. 54 779 (1993)
  123. Durka P J Biomed. Eng. 2 1 (2003)
  124. Freeman W J, Skarda C A Brain Res. 10 145 (1985)
  125. Jobert M et al. J. Sleep Res. 3 223 (1994)
  126. van Vugt M K, Sederberg P B, Kahana M J J. Neurosci. Methods 162 49 (2007)
  127. Slobounov S, Cao C, Sebastianelli W Clin. Neurophysiol. 120 862 (2009)
  128. van Luijtelaar G, Hramov A, Sitnikova E, Koronovskii A Clin. Neurophysiol. 122 687 (2011)
  129. Steriade M Neuronal Substrates of Sleep and Epilepsy (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2003)
  130. Steriade M, McCormick D A, Sejnowski T J Science 262 679 (1993)
  131. Sitnikova E, van Luijtelaar G Epilepsy Res. 71 159 (2006)
  132. Kryukov A K et al. Phys. Rev. E 79 046209 (2009)
  133. Moeller F et al. Epilepsia 51 2000 (2010)
  134. van Luijtelaar G, Sitnikova E, Littjohann A Clin. EEG Neurosci. 42 83 (2011)
  135. Depaulis A, van Luijtelaar G Models of Seizures and Epilepsy (Eds A Pitkänen, P A Schwartzkroin, S L Moshé) (Burlington, MA: Elsevier Academic Press, 2005) p. 233
  136. Freeman W J Mass Action in the Nervous System. Examination of the Neurophysiological Basis of Adaptive Behavior Through the EEG (New York: Academic Press, 1975)
  137. Steriade M, Deschenes M Brain Res. Rev. 8 1 (1984)
  138. Hramov A et al. Chaos 16 043111 (2006)
  139. Короновский А А и др. Изв. вузов. Прикл. нелин. динамика 15 (4) 34 (2007)
  140. Casella G, Berger R L (Eds) Statistical Inference (Pacific Grove, CA: Duxbury, 2002)
  141. Ovchinnikov A, Lüttjohann A, Hramov A, van Luijtelaar G J. Neurosci. Methods 194 172 (2010)
  142. Грубов В и др. Изв. вузов. Прикл. нелин. динамика 19 (4) 91 (2011)
  143. Leresche N et al. Pflugers Arch. 463 201 (2012)
  144. Kostopoulos G K Clin. Neurophysiol. 111 (Suppl. 2) S27 (2000)
  145. Sitnikova E et al. Brain Res. 1436 147 (2012)
  146. Короновский А А и др. Изв. вузов. Прикл. нелин. динамика 19 (1) 86 (2011)
  147. Brunelli R Template Matching Techniques in Computer Vision: Theory and Practice (Chichester, UK: Wiley, 2009)
  148. Короновский А А и др. Докл. РАН 409 274 (2006); Koronovskii A A et al. Dokl. Biol. Sci. 409 275 (2006)
  149. Platt N, Spiegel E A, Tresser C Phys. Rev. Lett. 70 279 (1993)
  150. Heagy J F, Platt N, Hammel S M Phys. Rev. E 49 1140 (1994)
  151. Kim C-M Phys. Rev. E 56 3697 (1997)
  152. Boccaletti S, Valladares D L Phys. Rev. E 62 7497 (2000)
  153. Hramov A E, Koronovskii A A Europhys. Lett. 70 169 (2005)
  154. Moskalenko O I, Koronovskii A A, Hramov A E Intermittent Behavior near the Boundary of Chaotic Synchronization. The Basic Properties and Regularities (Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publ., 2012)
  155. Овчинников А А и др. ЖТФ 81 (1) 3 (2011); Ovchinnikov A A et al. Tech. Phys. 56 1 (2011)
  156. Tran Y et al. Med. Biol. Eng. Comput. 42 627 (2004)
  157. Urrestarazu E Epilepsia 45 1071 (2004)
  158. Jung T P et al. Clin. Neurophysiol. 111 1745 (2000)
  159. James C J, Hesse C W Physiol. Meas. 26 R15 (2005)
  160. Bell A J, Sejnowski T J Neural Comput. 7 1129 (1995)
  161. James C J, Gibson O J IEEE Trans. Biomed. Eng. 50 1108 (2003)
  162. Joyce C A, Gorodnitsky I F, Kutas M Psychophysiology 41 313 (2004)
  163. Flexer A et al. Neural Networks 18 998 (2005)
  164. Vigário R N Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 103 395 (1997)
  165. Tong S et al. J. Neurosci. Methods 108 11 (2001)
  166. Jung T P et al. Psychophysiology 37 163 (2000)
  167. Schiff S J et al. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91 442 (1994)
  168. Alegre M et al. Exp. Brain Res. 148 17 (2003)
  169. Goelz H, Jones R D, Bones P J Clin. Electroencephalogr. 31 181 (2000)
  170. Quian Quiroga R, Garcia H Clin. Neurophysiol. 114 376 (2003)
  171. Murata A Hum. Factors 47 498 (2005)
  172. Wan X et al. Clin. Neurophysiol. 117 668 (2006); Wan X Clin. Neurophysiol. 117 681 (2006)
  173. Rong-Yi Y, Zhong C Chinese Phys. 14 2176 (2005)
  174. Castellanos N P, Makarov V A J. Neurosci. Methods 158 300 (2006)
  175. Amari S, Cichocki A, Yang H H Adv. Neural Inform. Process. Syst. 8 757 (1996)
  176. Lee T-W, Girolami M, Sejnowski T J Neural Comput. 11 417 (1999)
  177. Hyvärinen A, Pajunen P Neural Networks 12 429 (1999)
  178. Pivik R T et al. Psychophysiology 30 547 (1993)
  179. Friston K J Trends Cogn. Sci. 2 373 (1998)
  180. Donoho D L et al. J. R. Statistical Soc. B 57 301 (1995)
  181. Debnath L Wavelet Transforms and Their Applications (Boston: Birkhäuser, 2002)
  182. Panayiotopoulos C P Arch. Dis. Child. 81 351 (1999)
  183. Гнездицкий В В Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000)
  184. Zhuravlev M O et al. Phys. Rev. E 83 027201 (2011)
  185. Овчинников А А и др. Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях. Всеросс. конф. 2011 год, Нижний Новгород. Тезисы докладов (Нижний Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2011) с. 140
  186. Думенко В Н Высокочастотные компоненты ЭЭГ и инструментальное обучение (М.: Наука, 2006)
  187. Думенко В Н Журн. высш. нерв. деят. 57 520 (2007)
  188. Иваницкий А М, Лебедев А Н Журн. высш. нерв. деят. 57 636 (2007)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение