三维神经元几何形态生成算法研究进展

神经元是神经系统的基本构建和计算单元,神经元几何形态的计算模型对理解大脑的结构功能关系及信息处理极其重要。在总结和分析各种三维神经元几何形态生成算法的基础上,给出三维神经元几何形态生成算法的计算框架。根据神经元几何形态生成机制的不同,将生成算法分为基于统计分析的重建算法、基于文法规则的生成算法和基于生物发育的生长算法3类,并重点比较和分析现有生成算法的优缺点。

基于BP神经网络的手套式手势识别技术研究

该文以数据手套为基础，分析了手形的几何关系，建立了虚拟手的模型，提出了基于ＢＰ神经网络的手势识别方法，并给出了实验结果。

基于遗传神经网络的虚拟履带车辆自主导航

为了解决计算机生成兵力CGF(com puter generated forces)实体在虚拟环境中自主导航、进行路径规划的基本问题,以虚拟履带车辆为例,提出了采用神经网络模型对其在三维地形中的自主导航智能行为进行建模。采用遗传算法作为神经网络进行无导师学习的算法,通过仿真实验对模型的可行性和有效性进行验证。遗传神经网络模型经过若干代进化能使虚拟车辆得到较好的行进路径。实验结果证明了模型和算法的正确性。

虚拟神经元动作电位信号记录仪

本文针对神经元动作电位信号的特征和采集记录要求 ,充分利用个人多媒体计算机的声卡和 Windows9X的 Direct X API软件接口 ,在不增加任何额外开销的情况下 ,实现了 Windows9X下的虚拟神经元动作电位记录仪。使用适当的前置放大器 ,还可提取和记录脑电信息 。

无人驾驶车辆横向位置改良单神经元PID控制

根据无人驾驶车辆横向运动学模型高非线性、时变的特点,设计了改良单神经元PID控制器,进而制定出相应的横向位置跟踪控制方案。采用该控制方案即使车体在速度时变的情况下,仍得到较好的控制效果,提高了在不确定环境中轨迹跟踪的鲁棒性。经VRML语言建立起的三维动画仿真,验证了该控制方法的正确性,为无人驾驶车辆轨迹跟踪的实用控制方案提供了理论依据。

基于神经元的电液伺服系统同步控制

为探讨电液伺服系统的同步控制方法,以一个四液压缸大型平台电液伺服同步控制系统为对象,采用实验数据辨识4个液压缸的数学模型,对神经元自适应控制器用于同步控制进行了研究和改进,提出了虚拟主动缸和混合同步神经元控制结构.仿真结果表明:采用虚拟主动缸的同步效果好,最大同步误差为0.2606 mm,但需要建立1个液压缸的数学模型;采用混合同步神经元控制结构,不需要建立数学模型,可通过调节参数控制同步误差,较好地实现同步控制,3和8Hz正弦信号输入时最大同步误差分别为0.4313和0.3825 mm.

虚拟体验中“隐喻式学习”的解构与镜像隐喻

虚拟体验是数字时代一种全新、别致的体验,隐喻则是人们古往今来感知世界的一种方式。通过在虚拟体验中所接触、接受、加工大量的隐喻信息与符号,能促使人从获得隐喻到参与隐喻的演进,在无意识中进行着一种"隐喻式学习"。对此机制、过程进行解构并从镜像隐喻的视角进行审视,对于当今网络学习无疑具有新的启迪意义。

生理过程模糊神经推理的虚拟植物

提出一种基于模糊神经生理过程推理系统的植物生长模型。该模型基于机器学习理论,从测量的数据中自动学习拟合植物器官生长函数,提取植物生长规律。在植物生长发育过程中,源库器官根据其生长函数响应虚拟环境,并进行生产、分配、利用同化物。同时器官功能部分的变化反馈到结构部分,对表示植物结构信息的L文法字符串进行修改。当生长环境变化时,模型自动调整生长函数的参数和L文法,在环境中进行优化选择,最终形成适应当前虚拟环境的植物。基于辣椒实验仿真表明,该方法能够准确提取植物生长函数和结构规律,逼真地展现植物对生长环境的响应和适应。

化工软测量技术研究进展

详细说明了软测量技术的含义以及软测量系统的组成。在此基础上,介绍了软测量技术中基于机理分析建模、应用状态观测器建模、应用统计分析建模、神经元网络、模糊技术、以及支持向量机的智能建模等软测量建模理论方法和最新研究成果,之后介绍了小波分析、推断控制算法在软测量数据处理中的应用,最后介绍了基于虚拟仪器开发平台的软测量系统实现技术。

虚拟战场仿真训练对海训学员血清CK-BB和NSE水平变化的影响

目的观察虚拟现代战争模拟教室对参加海训学员血清肌酸激酶脑型同工酶(CK-BB)及神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平的影响,探讨开展虚拟战场环境训练的可行性。方法使用高科技的音像设备如PDF3+投影仪、环形屏幕、高保真音响、动感座椅、三维动画影片等,建成虚拟现代战场环境的学员训练教室。选择参加海训学员82名,随机分为实验组40名、对照组42名,实验组进行虚拟现代战场环境的体验训练,分别采用比色法和酶联免疫吸附试验法(ELISA)对两组学员海训前后血清CK-BB和NSE水平进行对比检测。结果初步实现了虚拟现代战场环境的目的,给参训人员以身临战场所接受的听觉、视觉、触觉的刺激与训练。海训后实验组学员血清CK-BB和NSE均无明显性变化(P>0.05);而对照组学员血清CK-BB和NSE均明显增高(P<0.05)。结论虚拟现代战争环境训练可提高军校学员在军事应激条件下的适应能力和神经系统抗损伤功能。

镜像神经元系统的基本理论及其在运动功能康复中的意义

镜像神经元系统提供了一种动作观察-执行匹配机制,在动作观察、动作模仿、运动想象及运动学习等神经生理学过程中起重要作用,是动作观察疗法、运动想象疗法、镜像疗法、虚拟现实疗法及脑-机接口技术等的重要神经机制。

BP神经网络在液压控制数据采集中的应用

在液压伺服系统中,数据采集容易受到环境温度变化、环境噪声以及液压系统本身产生振动的影响。本文提出在虚拟仪器中利用BP神经网络对数据采集进行补偿,以提高液压伺服控制系统的控制精度。实验结果表明其补偿效果较好。

三维神经元几何形态的发育生成方法

生物神经细胞具有复杂多样的空间几何形态,而这种形态结构是研究单个神经细胞信息处理和整个神经系统连接的基础。为此,提出一种针对三维神经元几何形态的发育生成方法。采用人工基因组对基因调控网络进行编码,用基因表达的动态特性来表示神经元树突树的发育过程。实验结果表明,生成的虚拟神经元与实际神经元具有相似的几何形态结构。与已有基于发育机制的生长方法相比,更真实地表现了生物神经元的发育过程。与基于统计分析的重建方法相比,能够更方便地得到几何形态参数的统计分布函数。

基于镜像神经元理论的便携式MI-VR BCI康复系统设计

镜像神经元是一类个体在执行或观察特定动作时均会兴奋的特殊神经元,其在运动想象与学习、动作模仿与理解等重要神经生理学过程中起着关键作用。众多研究表明,运动观察和运动想象均可以通过激活镜像神经元来促进运动障碍患者康复。基于该原理的运动康复系统逐渐受到学者和业界的关注,但已有系统往往存在复杂不便携、造价昂贵、难以精确感知患者运动想象程度或运动观察沉浸度不高的问题。为此,该文选用廉价和便携的设备设计了一套运动康复系统:首先,由患者想象患肢运动;然后,采用基于脑电(EEG)的脑机接口(BCI)技术检测患者运动想象程度;最后,通过虚拟现实(VR)技术高沉浸地展示患肢运动,供患者观察。该系统会在检测到患者正确想象患肢运动后才在VR场景中展示对应侧患肢运动,能帮助患者更好地想象和观察患肢运动、多次激活镜像神经元,最终达到运动康复的效果。通过在实验室模拟场景对正常人进行实验,验证了该系统的可行性。

阅读的具身认知转向:扎根于身体与想象操作的学习

第二代认知科学提出了"具身认知"的观念,认为心智依赖于身体。其拥护者相信,学生的阅读作为一种认知活动,是可以借助于身体操作与想象操作的机制来完成理解的。从学习科学视域来审视具身阅读的基本要素,可以将其概括为自由的学生、适宜的读物、多样化的学教具以及情境式的阅读环境。其中,虚拟现实技术可以促进上述基本要素的有效融合。学生通过对学教具的身体操作获得具身经验,学会想象具身经验,从而在阅读时能够运用想象操作来完成理解过程。虽然具身阅读作为一种学习理论受到一系列的质疑,也并不能完全地取代传统阅读,但它可能是非常适合低年龄段阅读者和具身性强的阅读材料。

基于梯度下降的脉冲神经元精确序列学习算法

基于梯度下降的脉冲神经元有监督学习算法通过计算梯度最小化目标序列和实际输出序列间的误差使得神经元能激发出目标脉冲序列。然而该算法中的误差函数是基于实际输出脉冲序列和相对应的目标输出脉冲序列动态构建而成,导致算法在收敛时可能出现实际输出序列的个数和期望输出个数不相等的情况。针对这一缺陷提出了一种改进的脉冲神经元梯度下降学习算法,算法在学习过程中检测目标序列脉冲个数和实际激发脉冲个数,并引入虚拟实际激发脉冲和期望激发脉冲构建误差函数以分别解决激发个数不足和激发个数多余的问题。实验结果证明该算法能有效地防止学习算法在输出脉冲个数不等的情况下提前结束,使得神经元能够精确地激发出目标脉冲序列。

肌电生物反馈结合虚拟现实康复训练治疗脑卒中偏瘫

目的观察肌电生物反馈结合虚拟现实康复训练对脑卒中偏瘫患者平衡功能及生活质量的影响。方法选择三门峡市中医院2020-02—2022-02治疗的脑卒中偏瘫患者128例,64例患者为单一训练组,给予虚拟现实康复训练,64例患者为联合干预组,给予肌电生物反馈结合虚拟现实康复训练。2组患者均给予连续干预3个月,干预前后检测患侧上肢肱二头肌、肱三头肌,下肢胫骨前肌、腓肠肌最大等长收缩时表面肌电图积分肌电值(iEMG)以及均方根值(RMS),检测患肢M波最大波幅(Mmax)、H波最大波幅(Hmax)并计算其比值H/Mmax。干预前后给予患者临床痉挛指数(CSI)、简易上肢功能评价(STEF),通过三维运动捕捉系统分析三维步态,记录患者步频及步速,给予患者Berg平衡量表(BBS)、脑卒中患者姿势评定量表(PASS)评价,干预前后给予功能综合评定量表(FCA)评价患者日常生活能力,比较单一训练组及联合干预组临床疗效。结果联合干预组患者上肢肱二头肌、肱三头肌,下肢胫骨前肌、腓肠肌iEMG、RMS较单一训练组高(P<0.05)。联合干预组患者Mmax、Hmax、H/Mmax较单一训练组低(P<0.05)。联合干预组患者STEF评分、步频及步速水平较单一训练组高(P<0.05),CSI评分较单一训练组低(P<0.05)。联合干预组患者PASS、BBS、FCA评分明显较单一训练组高(P<0.05)。联合干预组总有效率(96.88%)高于单一训练组(85.94%)(P<0.05)。结论肌电生物反馈结合虚拟现实康复训练治疗脑卒中偏瘫患者,可调节上下肢肌电图指标,抑制脊髓运动神经元兴奋性,改善肢体痉挛状态,提升患者上肢及下肢肢体功能,改善患者平衡能力,提升临床疗效及生活质量。

海马脑片CA1区锥体神经元的突触可塑性虚拟仿真实验教学

虚拟仿真技术优点卓越,具有极其广阔的应用前景,现如今其已经越来越多地应用于现代教学。该文主要以海马脑片CA1区锥体神经元的突触可塑性实验为切入点,对虚拟仿真实验教学技术在教学中的应用进行了深入研究,以期为今后虚拟仿真技术在教学领域的发展提供一定的指导和帮助。

具身模拟的校园霸凌——影视暴力影响霸凌的教育神经学反思

校园霸凌是一种发生在同辈之间、以校园为背景实施、针对固定对象的长期稳定的攻击性行为。来自发展心理学、社会心理学的研究证据表明,长期观看带有暴力色彩的影视作品,会让青少年在社会互动中产生带有攻击性的行为。在离身认知视角下,传统的观察学习理论将模仿视为一种抽象的认知符号,并以此解释观察学习发生的心理机制,忽视了身体特征和感觉经验对于模仿的影响。伴随具身认知思潮与神经教育学的兴起,具身模拟理论认为,观察者执行目标导向的暴力行为或观察他人执行类似的暴力行为都会激活其大脑内的镜像神经元系统。针对青少年霸凌的再教育问题,可以借助虚拟现实技术来预测并评估具有暴力易感性的潜在霸凌个体,并利用镜像神经元系统的可塑性来对霸凌成瘾行为进行干预;同时也需要努力创建绿色影视环境,从源头上减少青少年具身模拟暴力的机会。