握力刺激强度与运动皮层激活相关性的fMRI研究

目的研究握力刺激强度与运动皮层激活程度的相关性。方法16例正常右利手受试者根据视觉刺激提示右手进行固定频率的三种不同握力运动,同时进行BOLD fMRI扫描,用spm5计算得到不同握力的脑激活区并比较差异。结果在三种不同握力运动中,对侧主运动区、对侧躯体感觉区、对侧辅助运动区(SMA)和对侧运动前区(PMC)明显激活;同侧激活区较小或者未见激活区;同侧小脑激活区较对侧明显激活。随着握力强度的增高,M1和S1激活强度、范围都提高;小脑激活程度有所降低。结论正常人手握力运动时脑皮质运动网络被激活,握力刺激强度与M1、S1的激活程度呈正相关。     

用于经颅磁刺激铁芯线圈的仿真研究

目的 研究铁芯线圈感应电场的仿真方法,分析铁芯截面大小对线圈性能的影响.方法 针对铁芯线圈结构复杂及存在非线性介质的特点,采用有限元分析软件Ansoft对铁芯线圈模型进行瞬态磁场仿真,求解不同铁芯大小的线圈模型在空间域的感应电流分布,利用静态仿真求解电感值.结果 计算出不同线圈在深度5 mm沿坐标轴的电场分布曲线,并统计曲线中旁峰值与最大值之比.对比仿真结果发现随着铁芯截面增大,线圈的刺激强度与电感值增加,聚焦性能先增强后减弱.当铁芯截面约为空心区域面积1/16时,铁芯线圈聚焦性最好.结论 本研究对带铁芯磁刺激线圈的设计具有参考作用.     

重复经颅磁刺激仪的优化设计

本文建立了RLC磁刺激仪模型 ,给出了模型参数计算方法。将磁刺激系统的性能指标分为三部分 :反映磁刺激仪输出性能的损耗能量 ;反映线圈输出性能的峰值磁能 ;反映线圈结构的几何变量。在给定磁刺激条件下 ,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的磁刺激仪和线圈输出性能值 ,从而 ,寻找最优的系统参数。优化结果表明 :线圈外半径和线的直径 (或截面面积 )是关键因素 ,选择合适的线圈外半径和线结构可以大大降低功耗 ,提高磁刺激频率 ,解决线圈发热问题     

人脑对握力刺激响应特征的数值计算分析方法

为研究人脑对握力刺激的响应特征,提出一种新的数值计算分析方法：结合独立成分分析和云模型,对握力刺激脑响应特征进行数值计算。采集10名健康受试者不同握力任务下的功能磁共振（fMRI）数据并进行预处理,应用独立成分分析获取不同握力刺激条件下的脑激活区域位置和大小,然后通过云模型计算脑激活区域内的数据分布特征。结果表明,握力刺激的脑激活区域主要分布在对侧大脑Brodmann 2、3、4、6区和同侧小脑,并且随着握力强度的增加,中央前回、中央后回等激活区域增大(激活簇体素个数分别为4 075、4 218、4 965);在不同握力刺激条件下,激活区域的任务态与非任务态间的期望、熵、超熵（Ex、En、He）均有明显的统计学差异,Ex（P<0001）和En(P<0.005)增大,He(P<0.005)减小;不同握力刺激间三个参数的差异不明显,并且非激活区域内任务状态与非任务状态间的期望、熵、超熵均无统计学差异。该方法可为不同任务下大脑激活区域的数据分布特征研究提供一种新的分析手段。     

基于变尺度符号传递熵的多通道脑肌电信号耦合分析

在运动控制中,脑肌电耦合强度可以反映大脑皮层和运动肌肉之间的联系。传统的时间序列符号化方法容易混淆原始信号,丢失信号的动态特性。因此,提出可变尺度参数的符号传递熵,对上肢不同握力下的皮层脑电和表面肌电信号进行多通道耦合性分析,进而提出一种耦合强度的表示方法,对脑肌电耦合强度进行定量分析。首先,分析并比较尺度参数对脑肌电传递熵的影响,并选择优化的尺度进行符号化传递熵的计算;其次,针对不同握力下多通道脑肌电信号的分析,验证大脑运动区C3、C4通道的脑电在运动控制中占主导地位以及大脑的对侧控制机制。实验中还发现,随着握力的增强,肌电到脑电的传递熵有增大趋势,右手(惯用手)脑电到肌电的传递熵较左手的高,同时随着输出力量的增强,脑肌电的双向平均耦合强度也增大。结果分析显示:5、10、20 kg握力下, EMG→EEG方向的左手耦合强度分别为0.033 0±0.005 8、0.037 3±0.004 0、 0.045 1±0.005 5,右手耦合强度分别为0.035 2±0.002 9、0.043 2±0.003 5、0.060 3±0.001 8,除左手5和10 kg握力间不存在显著性差异,其余都具有显著性差异(P<0.05); EEG→EMG方向左手耦合强度分别为0.025 3±0.004 7、0.037 9±0.002 6、0.048 1±0.006 8,右手耦合强度分别为0.033 3±0.004 1、0.051 0±0.005 7、0.064 9±0.008 5,不同握力间均有显著性差异。研究结果表明:皮层肌肉功能耦合具有双向性,而且耦合强度在通道和握力不同时有差异。变尺度传递熵可用于定量描述大脑皮层与神经肌肉组织之间的非线性同步特征及信息交互。     

视觉反馈增益对力量输出影响的行为学研究

视觉反馈对运动功能执行的准确性有重要作用，而视觉反馈增益、反馈延迟时间及反馈频率都会影响运动功能的输出。通过测试不同增益的视觉反馈刺激对握力输出的影响，从行为学上研究视觉反馈增益在运动功能执行中的调节作用。作者设计了变化速度快慢不同的两种力量跟踪任务，在高低不同的两种视觉反馈增益下测定12个受试者力量输出的出错率和偏差两个参数。统计分析表明，视觉反馈增益对力量输出有显著影响；对同样的力量变化速度，视觉反馈增益提高使力量输出的调节作用增强。实验结果提示，视觉反馈增益变化会引起不同皮层区域参与运动功能的执行。     

握速可调式肌电假手的系统研究

针对假手无法根据使用者的意愿来控制其握合速度的问题,设计了一种握速可调的智能肌电假手。在该肌电假手系统中,电极引入的表面肌电信号,放大150倍后,在频域进行信号处理。经过阈值和等值计算,最终输出控制信号到驱动电路对假手的直流微电机进行控制。10名受试者参加了抓握试验,每人重复5次,记录输入肌电信号强度为500、1 000、1 500 mV时的输出电流、输出电压和握力等值,并拟合假手输出电压、输出电流、握力与输入肌电信号大小的曲线。拟合结果表明,假手速度与输出电压成正相关,在带有负载且不过载时,握力随着输出电流增大而增大。本假手系统具有稳定性,同时和假手握速可通过检测到的肌电信号强弱进行调节,提高了假手的灵活性。     

经颅磁声刺激作用下耦合神经元的去同步研究

基于全同HR神经元的耦合系统模型,应用Simulink平台建立系统仿真模型,研究经颅磁声刺激对神经元同步活动的影响。通过分析不同参数下的经颅磁声刺激对神经元去同步的作用效果,发现适当参数下的外加磁声刺激可以有效减弱神经元的同步性。仿真结果表明:超声强度为0.7~0.8 W/cm²时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元出现去同步现象,从1.3~3.0 W/cm²逐渐增大时,耦合神经元去同步指数Q值由0.041 7逐渐增大到0.625,神经元的放电模式发生了改变。调制超声波的占空比从40~70%变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元的去同步对经颅磁声刺激具有敏感性;当调制超声波的周期从170~180 ms变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元呈现去同步状态。研究结果揭示出经颅磁声刺激对耦合神经元去同步的作用规律,有助于探索经颅磁声刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理。     

深部脑刺激中单相脉冲与双相脉冲的作用比较

深部脑刺激在帕金森和癫痫等脑部疾病治疗中的应用不断发展,它使用的电刺激波形通常为窄脉冲。但是,对于单相脉冲与双相脉冲的刺激作用之间的差别还缺乏全面的认识。为了研究不同波形脉冲对于深部脑组织的刺激作用,在麻醉大鼠海马CA1区的输入和输出轴突纤维上,分别施加不同极性的或者不同方式的（单个或连续）单相和双相脉冲,考察CA1区神经元单细胞和神经元群体在刺激作用下的响应,以定量分析不同刺激波形的作用效果。共计18次动物实验结果如下：1）CA1区输入通道的小强度单个刺激顺向诱发单元锋电位时,以兴奋性相位为前相的双相脉冲和兴奋性单相脉冲的诱发率（分别为69.2%±10.4% 和650%±10%）显著高于以非兴奋性相位为前相的双相脉冲和非兴奋性单相脉冲的诱发率（分别为28.8%±9.5%和34.2%±12.5%）（n=6）;而且,双相脉冲的作用效果取决于前相,与无后相的单相脉冲的作用效果没有显著差别。2）CA1区输出通道的大强度单个刺激逆向诱发群峰电位时,双相脉冲的作用仍然与单相脉冲接近（n=6）,由其前相主导,后相的作用较小。3）在CA1区输出通道逆向的100 Hz持续高频串刺激期间,起始0.5 s时间内单相脉冲引起群峰电位的幅值下降（54.2%±21.3%）显著高于前相与其一致的双相脉冲所引起的幅值下降（39.0%±10.2%）（n=6）,说明高频串刺激时单相脉冲的作用比双相脉冲要强,但是单相脉冲可能造成神经组织的损伤。因此,长时间的高频刺激治疗应采用双相脉冲。这些研究结果对于深入了解深部脑刺激的作用机制以及安全有效地推广其临床应用都具有重要意义。     

经颅磁声电刺激影响大鼠工作记忆中局部场电位的相位幅值耦合分析EI北大核心CSCD

经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控手段,其利用超声与静磁场耦合作用产生的感应电场调节相应脑区神经节律振荡活动。本文旨在探讨经颅磁声电刺激对记忆过程中神经元集群信息传递与交流的影响。实验中,将20只健康成年维斯塔尔(Wistar)大鼠随机分为对照组(5只)和刺激组(15只),对刺激组施加0.05~0.15 T、2.66~13.33 W/cm2的经颅磁声电刺激,对照组不施加刺激;采集大鼠执行T迷宫工作记忆任务中前额叶皮层的局部场电位信号,比较不同参数刺激组大鼠与对照组大鼠delta节律相位、theta节律相位与gamma节律幅值之间的耦合差异性。实验结果显示,刺激组delta节律与gamma节律的耦合强度明显低于对照组(P<0.05),theta节律与gamma节律的耦合强度明显高于对照组(P<0.05);随着刺激参数的增加,delta节律与gamma节律、theta节律与gamma节律耦合程度分别呈现减小、增大的趋势。本文初步研究结果表明,经颅磁声电刺激能够抑制前额叶皮层中delta节律神经活动,增强theta节律与gamma节律振荡活动,从而促进了不同空间范围内神经元集群之间的信息交流与传递,这为进一步探索经颅磁声电刺激调节大脑记忆功能的作用机制奠定了基础。