前臂截肢者残肢运动时大脑脑电信号的事件相关去同步化/同步化变化特征

目的:通过脑电技术探讨前臂截肢对人体大脑功能可塑性的影响。方法:本研究使用脑电系统采集右侧前臂截肢者(9例,截肢年限均为6年以上)和正常健康人(15例)进行左右上肢直臂屈伸运动任务时的脑电信号。分析与运动相关的μ波(8—12Hz)的脑电信号的ERD/ERS变化特征。结果:与正常组相比,截肢组受试者健侧肢运动过程中除了大脑右半球额区F4通道μ波的ERD现象程度显著降低(P<0.05)外,其它脑区的通道均无显著性差异(P>0.05);而截肢组受试者残肢运动时,μ波ERD程度在对侧额区F3、中央区C3表现为显著降低(P<0.05),而在双侧枕区(O1、O2)表现为ERD显著升高(P<0.01)。结论:截肢组受试者健侧肢运动时μ波变化与正常组相似,而截肢组受试者残肢在执行任务时,表现出特异性大脑对侧半球额区、中央区及双侧枕区μ波事件相关去同步化现象。

视觉刺激情感变化β波同步分析

针对由视觉刺激产生情感变化问题,运用事件相关去同步化和同步化方法分析不同情感的视觉刺激下左右脑前额和中央区域的活动状态和活动强度.通过去同步化和同步系数零一法标记特定时间段来判断受刺激阶段的活动状态,并在此基础上通过左右脑功率谱差值绝对值判断活动区域的强烈程度.结果表明视觉刺激为高兴时,男性和女性大脑活动区域相同但前额区域左右脑活动强度有区别;视觉刺激为不高兴时,男性两区域均为活动状态但强度有区别,女性两区域均为惰性状态.进而推断出:男性对高兴和不高兴的视觉刺激反应均比较明显而女性只对高兴的视觉刺激明显.

镜像视觉反馈训练中大脑运动皮质激活的脑电特征研究

目的观察优势手和非优势手进行镜像视觉反馈训练(MVF)过程中大脑运动皮质激活及大脑偏侧化情况。方法2021年3月至9月于沈阳体育学院招募右利手男性受试者17例。应用eegoTMmylab脑电系统实时采集其在MVF过程中的脑电(EEG)和指伸肌的表面肌电(sEMG)信号。被试完成单侧手指的伸展运动,包含左/右手MVF和左/右手直视(VF)训练4个实验范式,每种范式重复80个试次,4种范式分两次进行,每次实验间隔1周。分析sEMG信号的时域特征以及与运动密切相关的α频段(8~13 Hz)、β频段(13~20 Hz)EEG信号的时频特征,采用事件相关去同步化/同步化(ERD/ERS)、非对称指数(AI)评价优势和非优势手MVF时运动皮质激活及偏侧化现象。结果放松手为右手时,MVF和VF指伸肌的sEMG振幅大于静息状态(P<0.05)。在α频段,训练状态在ERD/ERS上主效应非常显著(F=14.125,η_(p)^(2)=0.469,P=0.002),MVF高于VF;在β频段,训练状态在ERD/ERS上主效应非常显著(F=9.704,η_(p)^(2)=0.378,P=0.007),运动手与训练状态在ERD/ERS上交互作用显著(F=8.014,η_(p)^(2)=0.334,P=0.012),其中VF时,右手运动ERD/ERS高于左手运动(F=7.267,η_(p)^(2)=0.312,P=0.016),当右手运动时,MVF时ERD/ERS高于VF时(F=17.530,η_(p)^(2)=0.523,P=0.001)。在C4电极位置,VF时,右手运动ERD/ERS高于左手运动(t=-3.201,P=0.006,Cohen's d=0.776);当右手运动时,MVFERD/ERS高于VF(t=-4.060,P=0.001,Cohen's d=0.985)。AI仅在β频段训练状态主效应显著(F=5.796,η_(p)^(2)=0.266,P=0.028),MVF高于VF。结论MVF可能通过募集额-顶区镜像神经元以及减少半球间与皮质内抑制活动来提高运动手同侧初级运动皮质区神经元的活动,并且这种效应对于优势手训练的效果更佳。

基于自发脑电的脑机接口研究进展

脑机接口是一种不依赖于外周神经和肌肉等常规输出通道的信息交流系统,近年来发展非常迅速。它可为神经肌肉障碍患者提供一条与外界沟通的途径,并在虚拟现实、游戏娱乐和航空等领域具有潜在价值。目前,脑机接口中常用的脑电输入信号包括P300、稳态视觉诱发电位(SS-VEP)、皮层慢电位(SCP)以及μ或β节律等。其中,SCP、μ或β节律等自发脑电不依赖于额外刺激的输入,不会产生视觉疲劳,没有适应性的问题,且其神经生理学基础已获得比较深入的研究,因而在脑机接口中得到了较多的应用。但是,基于自发脑电的脑机接口也存在明显的缺陷,如并非所有个体都适用基于μ节律的脑机接口,基于SCP的脑机接口要经过长时间的训练才能实现等。

基于能量特征的脑电信号特征提取与分类

为了快速、有效地提取脑电特征,提高分类正确率,采用带通滤波和小波包分析的方法提取Mu、Beta节律对应的脑电信号,在时域范围内,将信号幅度的平方作为能量特征值;在频域范围内,采用AR模型功率谱估计法所得的功率谱密度作为能量特征值。根据运动想象脑电信号特点,构造左右通道信号能量差值的符号特性作为分类判别依据,进行分类测试,方法简单。初步实验结果表明,所利用的两种方法的分类正确率达87.857%。

基于Mu/Beta节律想象运动脑电信号特征的提取

背景:不同的运动会产生不同的脑电信号,脑机接口技术就是利用脑电信号的特异性,通过现代信号处理技术和外部的连接实现人脑与外部设备的通信。以实现脑机接口在线研究的目标,首先要解决的是脑电信号处理的速度问题。目的:研究快速、准确地提取脑电信号特征及分类的方法。方法:充分利用想象运动过程中,脑电信号中Mu/Beta节律的事件相关同步化和去同步化特性,以2003年BCI竞赛数据为处理对象,采用带通滤波和小波包分析的方法提取Mu、Beta节律,提取C3、C4两通道上的能量平均值形成二维特征向量,利用matlab自带的classify函数进行分类。结果与结论:通过对训练数据进行测试得到较为合适的参数,利用该参数对同等条件下的训练数据和测试数据分别进行判别,分类正确率分别达到87.857%和88.571%。

基于平移窗运动想象脑电信号活动段提取

为了迅速、准确地识别运动想象的脑电信号,提出了一种基于平移窗的运动想象脑电信号活动段提取方法。该方法对运动想象脑电信号Mu/Beta节律的事件相关同步化/去同步化(ERS/ERD)特征进行检测,提取ERS/ERD特征明显的时段;再利用统计量进行特征提取,通过Classify分类器进行信号分类。利用2003年BCI竞赛data setⅢ进行测试,分类准确率达到83.5714%。该方法可以评价受试者的脑活动状态,提高运动想象脑电信号的识别准确率,对脑-机接口实时控制系统的研究有一定的帮助。

空间模型对单次运动相关脑电的分析

本研究提出一种从单次试验的多导EEG信号中提取运动相关去同步化和同步化电位特征的空间模型 ,区分左右手想象运动 ,作为一种新的通讯手段对外界设备进行控制。此模型根据各电极对分类的重要性自动获得其权值 ,并将EEG信号沿最适合分类的几个方向投影 ,沿投影方向计算一连续时间段内的方差 ,作为线性分类器的特征输入。对 8名被试者左右手想象运动时 5 9导EEG进行分类 ,正确率均在 70 %以上 ,与用多通道AR模型提取特征、神经网络做分类器的方法相比 ,效果好、速度快。

基于四类运动想象任务的脑电信号识别

背景:脑-机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通路,基于运动想象的脑-机接口研究已经从两类运动想象任务的识别发展到多类任务的识别。目的:探寻准确有效的对多任务运动想象脑电信号进行特征提取及模式识别的方法。方法:首先采用公共平均参考法减小多通道中各导联间的相关性,提高脑电信号的信噪比。并对公共空间模式算法进行扩展,采用"一对多"的策略,对4类任务的脑电信号进行特征提取,在模式识别过程中,采用基于决策树法的支持向量机进行分类。对于实验对象样本不充足,结合支持向量机和贝叶斯分类器,将分类结果中具有大概率的测试样本扩充到训练集,最后再次运用支持向量机进行分类。结果与结论:最佳正确率达到92.78%,"一对多"的公共空间模式和基于决策树的支持向量机可以有效地进行多任务脑电信号识别,扩充样本可以提高分类正确率。

基于下肢运动想象的脑电节律研究

目的:通过脑电节律探究健康人下肢运动想象机制。方法:选择20例健康被试完成下肢运动想象任务,对采集的脑电数据选择C3、C4、Cz通道分析其事件相关电位(event related potential,ERP)和事件相关去同步化与同步化(event-related desynchronization and synchronization,ERD/ERS)。结果:(1)左右下肢运动想象在C3、Cz、C4产生几乎相同的ERP模式,左右下肢Cz通道波峰潜伏期为230ms,C3通道潜伏期为250ms,C4通道潜伏期为260ms,两侧下肢运动想象均能诱发P300;(2)左侧下肢ERP均值在C3通道高于C4通道,右侧下肢ERP均值在C4通道高于C3通道;(3)无论是C3通道还是C4通道,单侧通道左右下肢运动想象均表现为ERD,两侧下肢想象运动ERDα频段较β频段明显。结论:左右下肢运动想象在两侧半球产生几乎相同的ERP模式和ERD,但下肢运动想象ERP均值出现同侧化。下肢运动想象诱发的P300可能和运动想象的注意和意图相关。本文研究成果可为下肢运动想象的脑机接口(braincomputer interface,BCI)设计开发提供有价值信息。

吞咽相关脑电分析研究进展

吞咽障碍在脑血管意外患者中具有较高的发病率,本文回顾国内外文献,从脑电角度阐述吞咽的病理生理机制,分析了口腔前期、口腔准备期、口腔期、咽期及食管期这五个吞咽分期以及运动想象任务下的相关皮质活动,包括事件相关电位、运动相关皮质电位、皮层震荡以及功能连接脑网络,旨在利用脑电技术为理解疾病的病理生理机制、功能评估及诊断治疗提供一个新的视角.

应用脑电图评估脑卒中后运动功能的研究进展

脑卒中具有极高致残率,最常见的是运动功能缺损。与正常人相比,脑卒中患者在执行运动任务时的脑电图可表现出一些特征性的改变。本文从任务态脑电和静息态脑电2个方面展开综述,分析了大脑皮质锁相电位运动相关皮质电位(MRCPs)以及大脑皮质非锁相电位事件相关去同步化/同步化电位(ERD/ERS),分别分析其在时域、频域及拓扑分布上的特征,以及传统静息态脑电和功能网络在运动功能评估方面的应用,旨在利用脑电技术从一个新的视角为理解疾病的病理生理机制、诊断治疗及预测预后提供理论依据。