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基于异步稳态视觉诱发电位的脑机融合“第三只手”
1
作者 谢平 门延帝 +3 位作者 甄嘉乐 邵谢宁 赵靖 陈晓玲 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2024年第4期664-672,共9页
基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口(BCI)在智能机器人领域的应用备受关注。传统基于SSVEP的BCI系统多采用同步触发方式,没有识别用户是处于控制态还是非控制态,导致系统缺乏自主控制能力。为此,本文提出了一种SSVEP异步状态识别方... 基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口(BCI)在智能机器人领域的应用备受关注。传统基于SSVEP的BCI系统多采用同步触发方式,没有识别用户是处于控制态还是非控制态,导致系统缺乏自主控制能力。为此,本文提出了一种SSVEP异步状态识别方法,通过融合脑电信号(EEG)的多种时频域特征,结合线性判别分类器构建了异步状态识别模型,提高SSVEP异步状态识别准确率。进一步,针对残障人群在多任务场景下的控制需求,搭建了一种基于SSVEP-BCI异步协同控制的脑机融合系统,实现在复杂场景下可穿戴机械手与机械臂即“第三只手”的协同控制。实验结果表明,运用本文所提出的SSVEP异步控制算法和脑机融合系统,可以辅助用户完成多任务协同操作,在线控制实验中用户意图识别的平均准确率为93.0%,为SSVEP异步脑机接口系统的实际应用提供了理论和实践依据。 展开更多
关键词 异步脑机接口 稳态视觉诱发电位 外肢体机械人 增强现实
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电针联合低频经颅超声刺激对创伤性脑损伤大鼠脑电信号的影响
2
作者 高思淼 韩雪 +5 位作者 吴晓光 郑金钰 高芳雯 李葵花 彭勇 刘兰祥 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第2期402-408,共7页
背景:创伤性脑损伤是由头部受到撞击、打击而导致大脑正常功能被破坏的疾病,目前需要寻找有效治疗方式和客观指标,帮助医生判别损伤状况及恢复患者脑功能。目的:探究电针联合低频经颅超声刺激对创伤性脑损伤大鼠脑电信号的影响。方法:... 背景:创伤性脑损伤是由头部受到撞击、打击而导致大脑正常功能被破坏的疾病,目前需要寻找有效治疗方式和客观指标,帮助医生判别损伤状况及恢复患者脑功能。目的:探究电针联合低频经颅超声刺激对创伤性脑损伤大鼠脑电信号的影响。方法:将40只6周龄SPF级雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组、电针组、低频经颅超声刺激组和联合组(n=8),后4组采用Feeney自由落体法造模,假手术组只开骨窗而不打击。各干预组均于造模后1 d开始实施干预,电针组进行电针干预,低频经颅超声刺激组进行低频经颅超声刺激干预,联合组进行两者联合干预,共干预7 d。造模后8 h,用改良神经功能缺损评分评定大鼠神经功能缺损情况;干预7 d后观察大鼠Y迷宫自发轮流行为百分比,而后采集脑电信号,利用快速傅里叶变换分解出α、β、θ和δ波段,计算各频段振荡幅值、能量占比百分比以及Lempel-Ziv复杂度、样本熵。结果与结论:①造模后8 h,模型组、电针组、低频经颅超声刺激组和联合组的改良神经功能缺损评分显著高于假手术组(P<0.05);②造模后第7天,模型组的α波、δ波频带振荡幅值、δ波能量占比百分比显著高于假手术组(P<0.05),自发轮流行为百分比、α波、β波能量占比百分比、Lempel-Ziv复杂度、样本熵显著低于假手术组(P<0.05);③与模型组比较,联合组的α波、δ波频带振荡幅值显著下降(P<0.05),电针组、低频经颅超声刺激组、联合组的α波、β波频带能量占比百分比显著升高(P<0.05),δ波能量占比百分比显著下降(P<0.05);④与电针组和低频经颅超声刺激组相比,联合组的δ波能量占比百分比显著降低(P<0.05),自发轮流行为百分比、α波、β波能量占比百分比、Lempel-Zi复杂度、样本熵显著升高(P<0.05);⑤结果显示,创伤性脑损伤大鼠出现脑电信号异常,而电针联合低频经颅超声刺激干预后� 展开更多
关键词 创伤性脑损伤 电针 低频经颅超声刺激 脑电信号 神经功能
改良Feeney自由落体法建立大鼠创伤性脑损伤模型
3
作者 高思淼 吴晓光 +3 位作者 韩雪 许士奇 李葵花 彭勇 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2024年第26期4164-4169,共6页
背景:目前关于Feeney自由落体创伤性脑损伤模型,探讨减轻开颅过程中持续磨骨损伤因素的文献较少。目的:通过改变开颅骨窗方式改良创伤性脑损伤大鼠模型。方法:将36只SD大鼠随机平均分成假手术组、模型组和改良模型组。改良模型组造模过... 背景:目前关于Feeney自由落体创伤性脑损伤模型,探讨减轻开颅过程中持续磨骨损伤因素的文献较少。目的:通过改变开颅骨窗方式改良创伤性脑损伤大鼠模型。方法:将36只SD大鼠随机平均分成假手术组、模型组和改良模型组。改良模型组造模过程中改良了开骨窗的方式,用小钻头磨骨钻低速2 m/s,在打击的损伤区域边缘打6-8个小孔,每圆孔直径为0.3-0.5 mm,感到空腔而不触及脑实质后立即抽出。改良模型组和假手术组采用改良后的方法开骨窗,模型组按常规开骨窗方法,实施的打击参数相同改良模型组;假手术组不实施打击。造模后第1天对大鼠进行mNSS评分;造模后第1,7天扫描T2WI磁共振成像,测量T2值;造模后第7天,苏木精-伊红染色病理切片观察脑组织形态学,并检测血液黏度和炎症因子白细胞介素6、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α水平。结果与结论:①造模后第1天,模型组、改良模型组大鼠mNSS评分均高于假手术组(P<0.0001),改良模型组评分低于模型组(P<0.0001);②造模后第1,7天,模型组、改良模型组T2值均高于假手术组(P<0.05),改良模型组T2值低于模型组(P<0.05);③造模后第7天,模型组和改良模型组的血液黏度值、白细胞介素6、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α水平均高于假手术组(P<0.05),改良模型组白细胞介素6水平低于模型组(P<0.05);④基于Feeney自由落体法的创伤性脑损伤大鼠改良模型较好地控制了创伤性脑损伤大鼠造模中开颅骨的损伤因素。 展开更多
关键词 创伤性脑损伤 动物模型改良 行为学 炎症因子 大鼠
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基于医工结合的指关节运动学模型建立与验证
4
作者 于金须 闫建华 +3 位作者 肖俊明 李永泉 谢平 张立杰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期149-159,共11页
手部外骨骼机构是进行手部康复训练的主要选择之一,其舒适性和安全性主要取决于是否符合人体指关节运动学特征。为了建立准确的指关节运动学模型,首先通过采集手指屈伸过程的医学影像,分析关节运动过程中指骨的接触方式,确定了在关节转... 手部外骨骼机构是进行手部康复训练的主要选择之一,其舒适性和安全性主要取决于是否符合人体指关节运动学特征。为了建立准确的指关节运动学模型,首先通过采集手指屈伸过程的医学影像,分析关节运动过程中指骨的接触方式,确定了在关节转动时两指骨的相对运动为滚动与滑动叠加的混合运动,进而证明了指关节运动为非定中心转动。然后,提出“瞬径法”计算连续瞬心轨迹,并通过极坐标变换获取了手指各关节连续瞬心轨迹曲线,并通过能够适应指关节瞬心变化的角度采集设备获取了关节角度变化规律,建立了指关节关联性映射,并分析了关节角度和角速度特征。最后,利用等效瞬心将指关节运动学模型与工程应用相对接,设计了能够定位指关节等效瞬心的跨越式转动副,并将其加装在手部外骨骼机构上进行运动学测试和人机相容性测试,结果表明符合指关节运动学特征的外骨骼机构能够更好地拟合手指生理运动轨迹,在辅助过程中对各指段的压力也更低,证明了模型的有效性。 展开更多
关键词 指关节运动学模型 手部外骨骼机构 关节转动瞬心 关节角度 人机相容性
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融合多感官刺激的虚拟现实—脑机接口手功能增强康复系统
5
作者 邵谢宁 张艺滢 +4 位作者 张栋 门延帝 王子龙 陈晓玲 谢平 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2024年第4期656-663,共8页
脑卒中(stroke)是由于脑部血液供应突然中断或脑血管破裂,导致脑细胞损伤进而损害患者运动和认知能力的一种急性脑血管疾病。融合脑—机接口(BCI)和虚拟现实(VR)的新型康复训练模式,不仅能促进脑网络功能激活,而且能为患者提供沉浸感强... 脑卒中(stroke)是由于脑部血液供应突然中断或脑血管破裂,导致脑细胞损伤进而损害患者运动和认知能力的一种急性脑血管疾病。融合脑—机接口(BCI)和虚拟现实(VR)的新型康复训练模式,不仅能促进脑网络功能激活,而且能为患者提供沉浸感强、趣味性强的情境反馈。本文设计了融合多感官刺激反馈、BCI和VR的手部康复训练系统,通过虚拟场景的任务引导患者运动想象,获取患者运动意图,进而在虚拟场景下进行人机交互;同时,融入触觉反馈进一步增加患者本体感受,从而实现基于视、听、触觉多感官刺激反馈的手功能康复训练。本研究通过对比分析加入触觉反馈前后的脑电信号数据内不同频段功率谱密度的差异,发现加入触觉反馈后运动脑区被明显激活,运动脑区的功率谱密度在高γ频段有显著提升。研究结果说明,患者在融合多感官刺激的VR—BCI手功能增强康复系统中进行康复训练,能够加速感觉传导通路和运动传导通路的双向促通,从而加速康复进程。 展开更多
关键词 脑—机接口 虚拟现实 触觉反馈 手功能康复 多感官刺激反馈
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基于因子图的AUV集群速度估计和协同定位
6
作者 李鑫滨 袁蕊霞 +1 位作者 闫磊 韩松 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2277-2287,共11页
随着海洋科技发展,自主水下航行器(AUVs)协作执行任务技术被广泛应用,AUVs的准确定位是实现AUV集群协同作业的基础技术要求.然而,在协同定位系统中,AUVs间的异步时钟会影响测距精度,并且惯性测量系统推算的速度有较大误差.本文针对AUV... 随着海洋科技发展,自主水下航行器(AUVs)协作执行任务技术被广泛应用,AUVs的准确定位是实现AUV集群协同作业的基础技术要求.然而,在协同定位系统中,AUVs间的异步时钟会影响测距精度,并且惯性测量系统推算的速度有较大误差.本文针对AUV集群系统中的协同定位问题,提出了利用距离测量和多普勒频移测量进行误差修正的方法.该方法首先针对时钟异步问题对距离测量的影响,利用泰勒算法对时钟参数进行估计,解决了异步时钟问题;然后,建立以位置和速度为变量节点和以距离测量和多普勒频移测量为函数节点的因子图模型,利用因子图的消息传递计算变量的边缘分布,得到位置和速度的估计;最后,针对线性化过程带来的误差,提出根据变量的协方差矩阵构造自适应因子调整置信度,从而改变对变量节点的估计.仿真结果表明,所提时钟参数能够得到良好估计,所提算法能够有效抑制惯性导航系统的累积误差. 展开更多
关键词 自主水下航行器 协同定位 因子图 速度估计 异步时钟
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基于互样本熵脑网络的脊髓电刺激下微意识状态患者脑功能评估 被引量：4
7
作者 梁振虎 任娜 +4 位作者 王勇 李佳妮 白洋 李小俚 何江弘 《中国科学：信息科学》 CSCD 北大核心 2021年第6期940-958,共19页
脊髓电刺激作为一种有效的意识促醒手段已经在临床上得到了较为广泛的应用,但是其内在机制仍不完全明确.本文将正常人静息态脑电作为对照组,利用样本熵对微意识状态患者的脊髓电刺激前后的脑电信号进行计算,并分析了基于互样本熵构造的... 脊髓电刺激作为一种有效的意识促醒手段已经在临床上得到了较为广泛的应用,但是其内在机制仍不完全明确.本文将正常人静息态脑电作为对照组,利用样本熵对微意识状态患者的脊髓电刺激前后的脑电信号进行计算,并分析了基于互样本熵构造的脑网络在刺激前后的变化.结果表明,脊髓电刺激提高了微意识状态患者额叶和中央区内的脑电信号复杂度;还提高了患者在额叶内、中央区内以及额叶与其他脑区间的高频段(α~γ,8~45 Hz)的耦合模式复杂度,表明通道间信息交互作用的显著增强;同时,患者高频段脑网络平均聚类系数增加,平均特征路径长度减少,小世界特性显著提升(在α,β,和γ均为p<0.001).相对于健康对照组,这些指标变化的方向趋向于正常人静息态的脑功能.样本熵和互样本熵在脊髓电刺激后与健康对照组在某些脑区内或脑区间上无显著差异(比如,β和γ频段的样本熵值在额叶和中央区(p>0.05)),但是高频段的脑网络参数仍有显著差异(比如,高频段小世界网络特征p<0.001).因此,我们认为这些变化是脊髓电刺激对大脑产生了一个"短时程效应".我们推测脊髓电刺激对脑功能的重塑有一定的促进作用.本研究对脊髓电刺激的内在机理提供了新的解释,同时也为微意识状态患者的脑功能评估提供了新的思路. 展开更多
关键词 微意识状态 脑电 脊髓电刺激 互样本熵 脑网络
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基于脑电和惯性同步分析的神经动力学耦合研究
8
作者 谢平 蔚建 +3 位作者 张腾宇 程生翠 吕岩 陈晓玲 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2022年第4期736-746,共11页
运动控制是神经、运动和感觉功能的多方面协调及信息交互作用过程,探究运动系统中运动⁃生理信息间的关联关系对于理解人体运动控制机制具有重要意义。为此,本文通过对脑电信号(Electroencephalogram,EEG)和惯性信息中的加速度信号(Accel... 运动控制是神经、运动和感觉功能的多方面协调及信息交互作用过程,探究运动系统中运动⁃生理信息间的关联关系对于理解人体运动控制机制具有重要意义。为此,本文通过对脑电信号(Electroencephalogram,EEG)和惯性信息中的加速度信号(Acceleration,ACC)进行相干分析,探究上肢静息态和任务态时EEG和ACC信号间的因果关系及演变规律。首先,通过对7名受试者的EEG和ACC信号进行预处理,去除信号中的干扰成分;进一步,分别计算在静息态、任务态(动态力、静态力)下的EEG和ACC信号间的相干性结果,并通过显著相干的阈值指标来计算显著性面积进而实现量化分析。结果显示,在动态力下的EEG⁃ACC相干显著性面积大于静态力下的值,静态力下的显著性面积大于静息态下的值;且分别在左、右侧上肢运动时,EEG的C3、C4通道与ACC间的显著性面积也呈现出在对侧运动脑区显著。研究结果表明,EEG和ACC信号间的同步特征在上肢运动的静息态、任务态(动态力、静态力)下有显著特征,这有助于深入理解神经⁃运动控制机制,为运动功能评估提供新的定量指标,进而为运动功能障碍疾病的早期诊断提供理论依据。 展开更多
关键词 脑电信号 惯性信号 运动控制 相干分析 同步分析
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基于人机共融的外骨骼机构构型综合及优选方法 被引量：1
9
作者 张立杰 于金须 +3 位作者 闫建华 杜义浩 谢平 李永泉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期37-45,共9页
针对当前穿戴式外骨骼机构设计缺少系统流程和具体方法,且较少考虑人机共融的问题,提出了基于人机共融的外骨骼机构构型综合及优选方法。在构型综合方面,根据人机共融中穿戴性要求,构建人体肌骨构型(Musculoskeletal configuration,MC)... 针对当前穿戴式外骨骼机构设计缺少系统流程和具体方法,且较少考虑人机共融的问题,提出了基于人机共融的外骨骼机构构型综合及优选方法。在构型综合方面,根据人机共融中穿戴性要求,构建人体肌骨构型(Musculoskeletal configuration,MC),应用“最小闭链单元组合法”建立人机构型(Human-machine configuration,HMC);根据人机共融中运动灵活性要求,利用“二连杆单元插入法”提升HMC自由度并进行构型变换,结合邻接矩阵和“环路顺逆标注法”建立了构型综合的数学模型;在构型优选方面,根据人机共融中人机运动一致性要求,利用复用杆和复用因子指标优选出符合自由度要求的构型。选取食指为例,建立了食指HMC并综合出15种拓扑构型,优选出自由度为3、复用因子总数为4的构型,该构型满足穿戴式外骨骼机构设计中人机共融要求,验证了上述方法的有效性。 展开更多
关键词 人机共融 可穿戴外骨骼 构型综合 人机构型 复用因子
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