不同视觉方式引导下的运动想象脑电信号特征对比分析研究

目的 研究人服匹配因素（包括肘关节旋转中心位置、人服几何匹配度）对人服典型关节耦合运动的影响,了解人服耦合力学特性。方法 采用内置式测量方法进行试验,受试者穿戴航天服上肢组件在负压舱内指定位置完成肘关节屈曲运动,使用惯性运动捕捉系统与压力测量系统,分别采集人体运动数据与人服接触力的数据,并对测量结果进行分析。结果 人服耦合运动受到人服匹配因素的影响,受试者在4个位置肘关节屈曲40°时的平均力矩分别为3.7565Nm、2.8561Nm、2.9113Nm和4.0129Nm,屈曲过程消耗的能量平均为1.769J、1.565J、1.176J和1.982J;航天服关节阻尼力矩与围度比线性相关,相关系数r=0.7315。结论 航天服关节中间位置与人体肘关节旋转中心匹配时活动性能较好,较小的前臂围着服工况运动时受到的关节阻尼力矩较小,人服耦合力学特性与人服匹配因素密切相关。     

基于足底压力中心和脑肌电相干性特征的人体平衡能力评估方法

目的提出一种基于足底压力中心和脑肌电相干性特征的人体平衡能力评估新方法。方法 10名受试者平衡能力被划分为P1和P2组,进行平衡实验:通过主成分分析法合成足底压力中心信号各传统特征参数,得到足底压力中心信号(COP)综合特征;在分析人体平衡调节过程中脑肌电相干特性的基础上,引入反映人体平衡的脑肌电协调反应新特征;最后将COP综合特征、协调反应特征和脑电、肌电信号的多元多尺度样本熵组成特征向量,使用支持向量机分类器完成人体平衡能力的评估。结果本方法的平衡评估正确率可达72.5%,高于传统的基于COP姿态信号方法。结论人体平衡脑肌电协调反应新特征的加入,显著提高了人体平衡能力分类的正确率。     

经颅直流电刺激对运动脑功能网络特征的影响

目的研究经颅直流电刺激(tDCS)对运动脑功能网络特征的影响。方法针对主运动区和辅助运动区提出了4种刺激方式,构建各刺激方式下的脑功能网络,选择12名受试者,采集脑电信号,运用聚类系数、平均度、特征路径长度和全局效率4种网络参数,分析研究经颅电刺激对运动脑电信号网络特征的影响。结果经颅直流电刺激主运动区、辅助运动区可以增大脑功能网络的平均度,增加脑网络的聚集程度,降低平均特征路径长度,增强脑网络的连通性,提高脑网络的全局效率和网络信息的传递速度,且阳极刺激辅助运动区FC2+阴极刺激主运动区C3在4种刺激方式中为最优。结论辅助运动区和主运动区的共同作用能明显改善脑功能网络特征,有望为运动想象疗法、康复训练和BCI提供新的辅助方法,促进康复疗效。     

经颅直流电刺激对基于偏定向相干因效脑网络特征的影响

利用脑网络研究经颅直流电刺激(tDCS)对脑功能机制和脑皮层状态的影响具有重要意义。本研究基于偏定向相干因果分析方法,构建被试在不同tDCS刺激实验范式下进行运动想象的因效性脑网络。以因效性脑网络的功能脑区通道信息流入、流出率为局部特征,平均聚类系数、全局效率为全局特征,分析研究tDCS对运动想象脑网络特征的影响。16名健康被试均为右利手。结果显示,被试执行左手运动想象下,伪刺激和阳极刺激C4后的C4通道信息流出率、流入率、平均聚类系数和全局效率分别为0.142±0.014、0.193±0.013、0.585±0.046、0.347±0.031和0.223±0.025、0.258±0.023、0.817±0.021、0.491±0.091,均存在显著性差异(P<0.05);tDCS阴极刺激C4后的C4通道信息流出率、平均聚类系数和全局效率分别为0.109±0.009、0.356±0.037和0.252±0.024,与伪刺激相比差异显著(P<0.05),C4通道信息流入率为0.184±0.008,与伪刺激相比无显著差异(P>0.05)。研究表明,阳极tDCS有效激活该脑区皮层的活跃性,使脑区信息交流更加频繁,增加脑网络的聚集程度,提高脑网络的连通性;阴极tDCS刺激则会抑制脑区皮层的活跃性,降低了脑区信息的流出,减少脑网络的聚集程度,降低脑网络的连通性。     

基于表面肌电信号的手腕动作模式识别

基于表面肌电信号的肢体动作模式识别是假手仿生控制的基础.为提高动作模式识别率,从肌电信号的产生机理出发,选取分别表征肌电信号形态特征——细节复杂度和整体自似性的近似熵指标和分维数指标,作为模式识别的特征向量;同时提出一种具有增量学习能力的K最近邻(KNN)模型增量学习算法作为模式识别的分类器.在对10位受试者手腕的4个精细动作(腕伸、腕屈、腕内旋、腕外旋)的识别实验中,取得了92.5％以上的正确识别率.同时对增量学习能力对分类器动作模式识别率的影响做对比实验,当假肢使用者生理变化时,以KNN模型增量学习算法作为分类器比采用不具增量学习能力的KNN模型算法的识别率高4.5％.实验表明,该肌电信号动作模式的识别方法方案合理,具有应用价值.     

基于静态姿势图的人体平衡功能检测与评估

为有效检测和评估老年人及残疾人的平衡功能障碍,提出一种平衡功能检测与评估方法.首先选取睁眼及闭眼模式下的重心轨迹长度、单位面积轨迹长度、峭度、左右重心分布比及前后重心分布比共10个指标来定量检测平衡功能,然后运用主成分分析法对所选评价指标进行融合,最后根据主成分因子的方差贡献率确定主成分因子的权值,进而得出综合评价值,以此帮助受试者完成平衡功能评估.采用自行研制的平衡功能检测与评估系统,在2周内对30例平衡功能障碍患者(病例组)和30例性别、年龄、身高及体重与病例组相匹配的健康人(对照组)进行2次平衡功能检测与评估,对照组综合评价值的统计值为4.067±0.540(n=30,mean ± SD),病例组综合评价值的统计值为2.054±0.685,两组相比具有统计学显著差异.实验表明,该平衡功能检测与评估方法合理,具有应用价值.     

经颅直流电刺激对运动脑功能网络特征影响的研究

目的 为研究飞行学员飞行训练应激源指标间的关系,建立飞行学员飞行训练应激结构模型。方法 采用访谈和文献分析法初筛飞行学员飞行训练应激源指标,应用SHEL模型进行维度分析,建立5个维度共18项应激源指标体系。采用专家评分法评价飞行学员飞行训练应激源,用决策试验和评价实验室(DEMATEL)和解释结构模型(ISM)法对应激结构建模。结果 计算得到各应激源指标的影响度、被影响度、中心度和原因度,建立递阶层次解释结构模型。天气情况、已发生的不安全事件等是飞行学员应激的深层次原因;心理压力状态、飞行训练难度和进度等因素受其他应激源影响大;其中心理压力、飞行训练难度和进度,以及与教员的关系对飞行学员应激的影响最为关键。结论 应用DEMATEL-ISM法成功建立飞行学员飞行训练应激源多级递阶结构模型,模型分析表明航校应加强安全管控,教员应对学员适时施加积极影响。     

两自由度实时控制肌电假手的研究

目的：针对手部缺失的残疾人佩戴电动假手的需要,研制一种实时控制两个自由度的肌电假手。方法：通过采集三路残疾人自身残臂上的表面肌电信号,应用简单的信号能量作为特征值,并通过二叉决策树的模式分类方法识别得到手部两个自由度5个动作模式,由单片机构成的信号处理和控制电路实现了两自由度电动假手的实时仿生控制。结果和结论：基于肌电信号的两自由度电动假手响应速度快,动作可靠,具有良好的操控性和适应能力。     

融合生物运动信息的上肢运动功能康复诊断方法研究

针对上肢运动功能的康复诊断问题,提出一种融合运动力学信息与生物电信息的综合性上肢运动功能评价方法,用于评价运动功能障碍患者肩肘腕关节的运动功能水平。在上肢进行动作时,对加速度信号和肌电信号进行信号采集、有效信号的选择、特征提取和特征筛选,并利用两类信号在动作分析中的不同优势,将信号的特征值进行优化组合。以简式Fugl-Meyer评分值为标准,构建多个线性回归模型,实现上肢运动功能的综合性评价。在对10位受试者肩肘腕的7个上肢动作（握拳、展拳、屈腕、伸腕、屈肘、伸肘、上肢平举）功能诊断实验中,提出的诊断方法不仅可以进行实时的信息提取和功能诊断,而且与Fugl-Meyer评价有很强的一致性,相关系数达99%以上。实验表明,该诊断方法能取代传统的上肢运动功能评价方法,并更细致地对上肢运动功能进行量化评分。     

基于传递熵的复杂网络人体平衡特征分析

为克服人体平衡能力医学评估方法中的主观性缺陷,提出一种基于相位同步数据筛选和传递熵脑网络特征的人体平衡能力评估算法;采集20名被试在本体觉与视觉分别被阻断的4种范式下共1 200 min的EEG平衡数据;基于人体平衡生理机制,利用相位同步特性计算每段数据间的锁相值,并按照调节指标筛选出有效数据段,经过数据筛选后得到859段有效数据,每段长度在50~2 000 ms。利用该数据构建基于传递熵的脑功能网络连接模型,并定义了一种能够同步反映人体平衡信息接收与运动感觉协同处理的特征系数。在同一批次的实验数据中进行10折交叉验证。结果发现,新特征的加入将4类范式的整体分类准确率提高到73.63%,高于其他脑功能网络特征(56.23%)和足底压力中心(COP)特征(67.90%)。根据同步性分析结果推断视觉系统在人体平衡调节中占据主要作用;人体平衡协调新特征的应用可使平衡分类结果准确性有效提高。