脑电分析中“耦合”、“相干性”、“锁相值”的概念辨析
按：在脑电研究中，对于coherence、phase-locking、coupling的使用经常存在混淆，在翻译成中文的过程中经常又会进一步发生混淆。在本号之前的推送中，我对于coherence的翻译可能不太合理，因此本文一方面是进行勘误，另一方面是对这些术语进行一个简要的辨析。下文内容主要基于这学期在CBU上的M/EEG课程，但由于本人也只是入门级选手，如果有小伙伴发现有错误或者不恰当的地方，欢迎继续批评指正，我也会继续学习，更新勘误。
在之前的部分关于脑电的推文中，我曾将“coherence”翻译成“耦合”（如Nature Neuroscience | 前额叶对视觉加工自上而下调节的因果作用；目前已修改），我注意到有部分中文文献似乎也是这么翻译的，但实际上将"coherence"翻译成“相干性”似乎更为合理。相比之下，“耦合”更为妥当的对应英语单词应该是“coupling”。对此进行勘误的原因是这两个术语的计算方法和意义是不一样的，并不只是翻译问题，所以有必要进行辨析。
关于耦合的简介在上一篇推送中已经介绍过了，（见：TiCS | 神经振荡间的跨频耦合），因此本篇主要介绍相干性（coherence）和与其计算方法类似的锁相值（phase-locking value）。
在脑电、脑磁等研究中，除了对于事件相关电位（ERP）、频谱能量（Power）的考察之外，还有一类重要的分析是关于功能连接（functional connectivity）。计算功能连接的方式很多，这里不对其一一解释，Bastos等人（2016）有一篇详细的介绍，有兴趣的同学可以细看，也欢迎学习分享（文章信息见文末）。
功能连接常用分析的分类图（Bastos & Schoffelen, 2016）
时间域上的相位差（如果相位差为0，那么两条曲线峰对峰、谷对谷）
如果用单位圆来表示相位，相位差可以用弧度（角度）来表示：
单位圆上表示相位差
需要特别注意的是，相位同步性看的是相位差恒定，而不是绝对的相位一致。如下图所示，图A表示两个信号在4个试次中的情况，这两个信号的相位始终保持一致，4个试次的相位差一直是0，所以平均下来，相位差始终保持恒定，相位同步性是1。相比之下，图B的两个信号相位始终不一致，但是相位差始终保持一致，因此相位同步性仍然是等于1（完全同步）。而图C的情况，4个试次的相位差各不相同，相位差的向量和等于0，也就是完全不同步。
相位同步性的计算方法：相位差的恒定性
那么既然相干性（coherence）和锁相值（PLV）都计算的是两个脑区/电极点的相位同步性，那么这两个指标的差异在哪？
如下图所示，每一个箭头（向量）代表了一个试次的相位差，长度代表幅度，角度代表相位。可以看到，相干性的计算除了用到信号的相位信息，还会用到信号的振幅信息，在这里振幅相当于是给了一个权重，振幅强的对结果的影响大；相反，锁相值的计算只用到相位信息，而不用振幅信息（将所有振幅标准化为单位向量长度）。这两种计算方法的结果通常不会相差特别大，具体用哪个，需要根据科学问题或文献来定夺。
相干性（上方）vs 锁相值（下方）
要特别注意的是，锁相值这个术语本身也包含不同含义！这也经常会导致混淆。上面所说的锁相值是“区域间锁相值”(Inter-regional phase-locking)，也就是两个不同区域信号之间的相位一致性，这个指标可以反映功能连接情况（即，两个区域的某一特定频率的相位差是否在不同试次中保持稳定）。除此之外，还有一个锁相值叫“试次间锁相值”(Inter-trial phase-locking value)，也就是考察两个（或多个）试次之间，某一特定频率的相位信息是否保持稳定，这只涉及一个区域，所以试次间锁相值不是功能连接的指标。在文献中，很多时候作者只说“锁相值”（PLV），没有说是哪一个种类，这时需要具体去看是哪一种（这个问题在本号以往推送中也有出现）。
试次间的锁相值 vs 区域间的锁相值
总的来说，这个领域的术语相对用的比较混乱，有时候同一个术语可能指的是不同的东西（如两种PLV），而有的时候不同术语可能指的是同一个东西（如inter-trial phase-locking也被叫做inter-trial phase coherence / inter-trial phase clustering; ITPC），因此看的时候除了关注术语，更要注意它具体是什么含义，反映的是什么生理心理意义。
对于同一个指标不同的叫法原则上是和研究者对指标的见解和偏好有关，比如有的称呼更能反映其数学原理，有的称呼则更具有脑科学意义。但对于我们这样的入门级选手（baby scientist!）而言，可能对指标名称的使用大概率只是模仿文献的叫法或者导师的叫法。当术语有一点混乱时，像这样进行简单的梳理，然后用一套认可的体系进行理解或许是一件有帮助的事情！
附1：文献中的以下术语可能全都指代同一个意思（有的使用不准确，但的确有文献直接这么用）
Inter-region phase-locking value
Inter-site phase-locking value
Inter-region phase-locking factor
Inter-site phase-locking factor
Inter-region phase clustering
Inter-site phase clustering (ISPC)
Phase correlation
Phase synchronization
Phase synchrony
Phase-locking value/factor (PLV/PLF)
Synchronization
Phase clustering
附2：文献中的以下术语也可能全都指代一个意思
Inter-trial phase locking value
Inter-trail phase clustering (ITPC)
Inter-trail phase coherence (ITPC)
Inter-trial phase locking factor
Phase-locking value/factor (PLV/PLF)
Inter-trial clustering (ITC)
相关论文：
Bastos, A. M., & Schoffelen, J. M. (2016). A Tutorial Review of Functional Connectivity Analysis Methods and Their Interpretational Pitfalls. Front Syst Neurosci, 9, 175. doi:10.3389/fnsys.2015.00175
推荐Mike X Cohen的脑电课程：
https://www.youtube.com/watch?v=MTPE4k8X2tk
注：文中部分图片和文字内容摘自CBU的EEG课程 (by Dr. Olaf Hauk)，在此致谢！另外，本人也是初学者，如果其中有错误或者不妥当之处，敬请留言指正~!
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