22、生物及仿生系统中的信息传递

生物及仿生系统中的信息传递

1. 引言

在分析计算的局部信息动态时，局部视角的信息度量相较于平均度量，能为我们提供更详细的见解。接下来，我们将探讨局部视角的信息传递在多个生物及仿生应用中的实用性。

2. 睡眠呼吸暂停中心率与呼吸率的相互作用

2.1 睡眠呼吸暂停概述

睡眠呼吸暂停是一种在睡眠期间出现呼吸暂停和急促呼吸的疾病。当心率超过某个阈值时，就可能会引发呼吸暂停事件。此前有研究从信息传递的角度，对睡眠呼吸暂停患者的心率和呼吸率之间的相互作用进行了探讨，发现两者之间存在双向的信息传递，且从心率到呼吸率的信息传递更为明显。

2.2 局部转移熵的应用

我们使用局部转移熵来研究心率和呼吸率之间的相互作用。具体步骤如下：
1. 数据选择 ：选取一名睡眠呼吸暂停患者睡眠时的瞬时心率和呼吸率数据（使用 1991 年圣达菲研究所时间序列竞赛数据集 B 的样本 2350 - 3550）。
2. 概率分布函数计算 ：采用核估计方法计算相关变量的概率分布函数，核宽度 r = 0.60 标准差。
3. 历史长度设置 ：将历史长度 k 设置为 4，以消除信息存储的影响。

2.3 结果分析

通过计算发现，心率和呼吸率之间显著的双向信息交换与呼吸暂停事件相吻合。在这些事件周围，转移熵在两个方向上都会出现明显的尖峰簇，而在事件之间则很少有信息传递。更重要的是，典型事件的特写显示，信息交换通常由心率向呼吸率的显著传递开始，随后在呼吸暂停事件期间进行复杂的