基于邻域空间模式的运动相关电位特征提取方法

为解决脑-机接口(BCI)研究中所采集的脑电图(EEG)信号数据分布复杂和训练样本不足的问题,文中提出了一种新的特征提取方法——邻域空间模式(NSP)算法,用于提取BCI想象肢体运动分类算法中使用的重要分类特征——运动相关电位(MRPs).NSP算法不需要对样本的数据分布进行假设,主要利用样本的邻域关系和类别信息寻找最佳投影方向,使得映射后邻域内异类样本距离之和与同类样本距离之和的比值最大化.采用BCI竞赛2003和2001的其中两组数据进行实验,结果表明NSP算法能更有效地提取MRPs特征.

运动性肌肉疲劳过程中大脑运动皮质区运动相关电位变化

目的:观察健康成年受试者上肢指屈肌次最大随意等长收缩诱发运动性疲劳过程中大脑运动皮质区运动相关皮层电位(movement-related cortical potentials,MRCPs)的变化。方法:对疲劳组(n=15)和非疲劳组(n=13)受试者在进行200次的30%MVC的间断性等长握力收缩过程中的肌力、肌电以及脑电进行同步测量。将200次收缩分为4个模块,观察最大握力以及肌电均方根振幅(RMS)的变化。将200次收缩分为前、后2个大模块,分析在脑电信号中提取出的MRCPs电位。结果:研究表明,疲劳组受试者在指屈肌渐进性疲劳过程中最大握力(P<0.001)及其对应的肌电幅值(P<0.001)显著性下降,在4个运动模块中指深屈肌肌电的RMS幅值逐渐增加(P<0.01);运动皮质区的运动执行电位(motor potential,MP)和运动准备电位(readiness potential,RP)幅值随着疲劳发生发展显著增加。非疲劳组受试者以上指标没有显著性变化。与非疲劳组受试者相比,疲劳组受试者运动头皮运动区MRCPs有向头部前方和运动同侧移动的趋势。结论:在指屈肌次最大随意收缩诱发的渐进性疲劳过程中大脑运动皮质区运动相关皮层电位激活水平增高,激活面积弥散,且有向头部前方和运动同侧移动的特点,这可能是中枢为了弥补肌肉力量下降动员更多肌纤维而采用的中枢策略。另外,运动执行电位与肌肉疲劳密切相关,而运动前准备电位受肌肉疲劳影响较小。

基于运动相关皮层电位握力运动模式识别研究

面向基于脑–机接口(Brain-computer interface,BCI)的脑–机交互控制(Brain-machine interaction control,BMIC)—直接脑控机器人,提出一种新的左、右手握力运动参数范式,在该范式下探索左、右手握力运动相关皮层电位/运动相关电位(Movement-related potentials,MRPs)的时域特征表示并识别握力运动模式.在涉及左、右手4个不同任务的实验中采集了11个健康被试的脑电信号,任务期间要求被试以2种握力变化模式之一完成自愿握力运动,每种任务随机重复30次.不同握力任务之间具有显著差异的运动相关电位特征用于识别握力运动模式.分别用基于核的Fisher线性判别分析和支持向量机识别4个不同的握力运动任务.研究结果进一步证实运动相关电位可以表征握力运动规划、运动执行和运动监控的脑神经机制过程.基于核的Fisher线性判别分析和支持向量机分别获得24±4%和21±5%的平均错误分类率.最小误分类率是12%,所有被试平均最小误分类率为20.9±5%.与传统的仅仅识别参与运动的肢体类型以及识别单侧肢体运动参数的研究相比,本研究可望为脑–机交互控制/脑控机器人接口提供更多的力控制意图指令,奠定了后续的对比研究基础.

手指屈指运动诱发大脑运动皮质区运动相关电位研究

目的:观察上肢手指屈指运动诱发的大脑运动皮质区的运动相关电位(movement-related cortical potentials,MRCPs)的形态以及分布特征。方法:以13名健康受试者为研究对象,让其右手手指执行100次30%MVC的间断性地握力收缩,同时测量受试者连续的脑电信号和肌力信号。以肌电激活触发点为事件相关点,利用平均叠加法提取出运动事件相关电位。结果:MRCPs电位呈现缓慢上升然后缓慢下降的负性电位,主要分布在运动皮质区(辅助运动区、初级运动区),左右大脑半球非对称分布,运动对侧大脑半球的电位幅值显著高于运动同侧大脑半球(P<0.01)。MRCPs峰值电位出现在大脑中线辅助运动区的FCz和Cz位置。结论:指屈肌次最大随意等长收缩诱发的MRCPs电位呈现一种先上升后下降的非线性变化特征,其空间分布样式更加靠近大脑运动对侧半球的内侧。另外,MRCPs电位主要反映运动前准备和运动触发时的中枢命令,但无法反映动作持续阶段的中枢命令。

运动相关皮质电位在运动康复领域的应用

大脑在想象或执行身体运动时产生的运动相关皮质电位(MRCPs)因富含大量运动信息、有较严格的锁时和锁相特征而有利于揭示人体运动神经机制、指导运动康复训练以及疗效评价,故受到运动康复领域研究人员的关注.尤其近年随着基于脑电(EEG)的脑-机接口(BCI)技术在康复领域应用的快速发展,利用MRCPs提取大脑运动信息特征逐渐成为运动康复型BCI的研究热点.本文介绍了MRCPs信号的3个时段分量特点及与之对应的皮质激活区,并从运动意图检测、运动参数识别、运动神经机制探索和康复训练效果评价4个方面综述了将MRCPs信号检测和特征解码用于运动康复领域的研究现状,总结归纳了存在问题并分析了未来MRCPs在康复医学中应用的可行性.笔者认为融合MRCPs与其他运动特征信息用于指导运动康复训练实践应是未来运动康复领域发展的主要趋势.

运动相关皮层电位在体育运动中应用研究进展

运动相关皮层电位（moveinent—relatedcorticalpotentials，MRCPs）是一种事件相关电位．在脑电图（electroencephalograph，EEG）记录中是一个低频负向偏移电位（0～5Hz）．大约发生在随意运动开始之前的1．5～2s。研究表明在EEG记录中负电位与突触活动增强有关，而正电位与突触活动抑制有关。因此。MRCPs的负性偏移电位表明在随意运动启动之前大脑皮层的突触活动增强。MRCPs运动前成分的幅值和潜伏期会随运动的物理特点和心理特点发生变化。

运动相关皮层电位研究的知识图谱分析

运动相关皮层电位是一种事件相关电位,可以反映运动前的策划、准备和早期的运动执行过程,近年来多受关注。以Web of Science核心合集收录2000年至今“运动相关皮层电位”为研究主题的498篇文献为数据来源,利用Cite SpaceⅤ可视化技术绘制图谱分析相关问题。分析表明,研究热点主要集中于运动关联电位、运动皮层、脑电图、运动等方向。运动相关皮层电位的研究发展按照时间可以分为3个阶段:第一阶段主要以大脑额叶、诱发电位、吞咽诱发运动相关皮层电位的研究为主;第二阶段以脑机接口、运动想象、运动检测电位与帕金森综合征为主;第三阶段研究趋势逐渐向着康复性研究方向发展,主要以脑电图学、注意力、以及抓握分析为主。通过对运动相关皮层电位的研究热点以及发展历程进行分析,有助于对体育训练和运动康复等领域提供理论和应用研究方面的参考。

事件相关电位在脑卒中偏瘫病人上肢运动时脑电特征研究中的应用

目的应用脑电事件相关电位(ERP)技术,研究脑卒中偏瘫病人运动过程中脑电活动时域和时频域方面的特征性表现。方法17例脑卒中病人参加脑电ERP试验,试验范式为上肢伸腕运动的指令运动和提示下指令运动。选择初级运动皮层代表区C3、Cz和C4位置,进行两侧及不同ERP范式下运动相关脑电信号的时域和时频域分析。结果患侧指令运动较健侧运动电位(MP)波幅在对侧运动皮层及Cz位置显著增高(P<0.05)。提示后指令运动双侧运动皮层代表区MP波幅差异无统计学意义。患肢提示后指令运动时Cz及损伤对侧皮层MP潜伏期缩短,波幅增高(P<0.05)。事件相关去同步(ERD)平均反应值在不同ERP范式间C3、Cz、C4位置间及两侧运动间比较差异均无统计学意义。结论脑卒中病人患侧上肢运动时受损皮层表现出更大程度的能耗及更广范围的激活,视觉提示可通过激活损伤对侧运动皮层的代偿作用易化运动,ERP技术可应用于脑卒中病人的运动相关脑电活动研究并展示其特征性改变。

完全预测下肢步行运动想象意图的可行性研究

在下肢运动想象发生之前获取想象意图是为下肢神经康复系统提供精准控制策略的关键.为此,研究利用运动想象前的脑电图(electroencephalogram,EEG)信号完全预测下肢步行运动启停想象意图及其类型的可行性.对EEG信号进行预处理并提取运动相关皮质电位(movement-related cortical potential,MRCP).基于MRCP挑选出具有明显可辨别性的15个通道.利用时间卷积网络模型从被选取的MRCP通道特征中解码出下肢步行运动想象意图和意图类型.结果表明,通过MRCP形态选取的EEG通道信号在启停意图和类别上均具有明显可分离差异,验证了只使用运动想象前EEG信号能够完全预测人类下肢运动启停意图和意图类型.

运动相关脑电信号的运动意图预测方法研究

为了找出在大脑的后顶叶皮层区(PPC)运动意图预测与运动想象EEG信号之间的关联,联合运动相关电位MRPs与mu/beta节律的事件相关同步/去同步(ERS/ERD)特征,首先用小波包分解WPD重构特征频段的小波包分解系数特征向量,其次采用共空间模式CSP提取空域特征向量,最后利用支持向量机(SVM)进行运动意图预测;通过实验验证,联合运动想象信号中的运动相关电位及mu/beta节律,运动意图预测分类准确率达到85%;证实了运动相关MRPs可以表征运动准备即运动规划阶段的脑神经机制;10Hz以下的mu和beta节律ERS/ERD特征能够体现运动意图的方向;研究结论进一步为精细运动(包括运动方向、速度等其他运动参数)预测提供技术支持。

面向运动规划能力评估的脑电特征分析

运动规划涉及生活的方方面面,从拿起一个水杯到驾驶车辆时的应急处理,大脑无时无刻不在规划着运动的方式以获得最好的运动结果。运动规划能力的评估可以对运动员的选拔和运动规划障碍患者的诊断治疗提供重要的依据,但是传统的运动规划能力评估方法以行为学为主,经验不足的评估人员可能会得出不准确的结论。为了解决上述问题,本研究探索了基于脑电的运动规划能力评估方法,分别从时域、频域和非线性角度进行分析,提取了运动相关皮质电位(Movement-Related Cortical Potentials,MRCP)幅值,脑电功率谱密度(Power Spectral Density,PSD),脑电复杂度特征。通过相关性分析方法挖掘与行为学指标显著相关的脑电特征,发现FC4,C4及其周围导联的运动相关皮质电位幅值和反应时间呈显著负相关(FC4导联:ρ=-0.509,p=0.021;C4导联:ρ=-0.447,p=0.047),基于脑电功率谱密度计算的标准脑对称性指数(Standard Brain Symmetry Index,sBSI)和反应时间呈显著正相关(ρ=0.494,p=0.026),LZC(Lempel-Ziv Complexity)、模糊熵(Fuzzy Entropy,FuzzyEn)均与反应时间呈显著负相关(LZC:ρ=-0.626,p=0.015;FuzzyEn:ρ=-0.459,p=0.041)。研究结果表明MRCP幅值、sBSI、LZC和模糊熵可能成为评估运动规划能力的潜在生理靶标。综上,本研究结果有望为运动规划能力的评估提供方法学指导。

基于黎曼几何的自然动作运动参数脑电解码研究

本文基于黎曼几何分类算法,探索了使用运动相关皮层电位(MRCPs)解码3种自然抓握动作的运动学信息的可能性。本研究采集了9名受试者在执行指捏、掌握和旋拧动作(包括两种不同水平的速度和力)的脑电图信号。在进行信号的预处理之后,将信号转化到协方差空间输入到黎曼均值最小距离(MDRM)分类器,实现基于MRCPs的手部自然动作的运动参数模式的识别。对于3种动作的运动参数,实验结果表明,二分类的总平均结果可以达到89.24%,四分类结果可以达到75.28%。本文采用的黎曼框架新颖高效,为脑-机接口的MRCP分类提供了新思路,同时本研究对于精细而自然地控制神经假体或者其他康复设备具有重要意义,这将大大提高运动障碍用户的认可度。

基于样本熵与时频分析的手部抓握运动意图预测

针对上肢外骨骼控制信号产生与外部设备响应存在时间滞后导致脑机接口(BCI)系统实时性差的问题,采集被试手部自主抓握前运动相关皮质电位(MRCP),提出基于非线性复杂度特征样本熵(SampEn)与线性幅值特征融合算法的手部运动意图预测方法.从时频、神经复杂度分析不同大脑状态之间存在的差异,通过特征融合实现对手部抓握运动意图的预测.基于特征融合意图离线预测准确率最高可达88.46%,可以在人体手部自主运动发生时刻-1400 ms实现对手部运动预测.与平静时期手部静止状态相比,被试产生手部抓握运动意图时脑电信号的功率谱与复杂度均产生明显变化,为基于手部运动意图预测提前驱动机器人实现人机协同提供控制策略.

基于诱发电位的头针疗法临床研究进展

本文综述近年来基于诱发电位的头针临床与基础研究的进展,分析比较各种诱发电位在头针研究中的作用和意义。结合现今诱发电位应用中处于前沿地位的事件相关电位(Event-Related Potential,ERP)及其运动相关成分的最新进展,就头针治疗脑卒中等疾病的方法做出展望。

运动表象训练时不同大脑活动强度对老年人肌肉力量的影响

探讨运动表象时训练不同大脑活动强度对老年人肌肉力量增长的效应。将26名健康老年人(平均年龄:74±8.3,7名女性)随机分为3组:低强度身体训练(30%最大自主收缩)结合高强度大脑活动组(HME组),低强度身体训练结合低强度大脑活动组(LME组),无训练控制组(CTL组),整个训练持续12周(10 min/天,5天/周)。在训练前后分别测试研究参与者右肘屈肌的肌肉力量、表面肌电图(EMG)以及运动相关的皮层电位(MRCP)。训练结束后,HME组的力量显著性增加(13.8%,P=0.002),而LME组的肌肉力量只增长5.0%(P=0.045),控制组的肌肉力量没有显著性改变;只有HME组的MRCP出现显著性增加(28.6%,P<0.005),但LME组(-2.9%,P=0.803)和CTL组(4.9%,P=0.539)均无显著性改变。因此,研究者认为与肌肉最大自主收缩相关的大脑活动强度在老年人肌肉力量的增长中起到关键的作用。

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.

基于频域和时域脑电特征解码自然抓握动作

基于脑电(EEG)解码了与日常生活行为密切相关的3种自然抓握动作,分别是推拉、旋转和插拔抓握。设计了自然手部抓握运动的EEG诱发实验,并采集了5名受试者的EEG数据进行离线分析。神经生理学分析表明,3种自然手部抓握动作与不运动条件之间存在显著差异,且不同的抓握动作之间表现出不同的激活模式。多分类结果表明:仅使用时域EEG特征,4分类获得了46.1%的总体平均峰值分类正确率,而联合时域和频域特征,达到了49.9%。本文的发现有助于实现直观和自然的脑机接口(BCI)控制,也为上肢截肢者和先天性运动障碍患者的功能康复提供一条新途径。

脑机接口中基于MRP的半监督判决空间模式法

在脑-机接口研究中,如果训练样本少,判决空间模式法不能很好地提取运动相关电位特征。为此,文中在半监督框架下,采用自训练方法,引入分类置信度高的无标记样本,迭代学习MRP的空间判决模式。实验结果验证了所提算法的有效性。

基于ERP探讨头针不同区域治疗脑卒中瘫痪的特异性研究

目的:通过设计与运动相关的任务事件,在事件相关电位(ERP)中提取运动相关皮层电位(MRCPs),从而观察头针顶颞前斜线中2/5与额旁一线对脑卒中偏瘫患者有无差异。方法:将60例符合纳入标准的脑卒中患者随机分配至A组、B组各30例,其中A组进行瘫痪对侧的顶颞前斜线中2/5的头皮针刺,B组进行瘫痪对侧的额旁一线的头皮针刺,分别在其头针干预前,头针干预10 min后进行ERP检测,全部实验完成后从ERP中提取与运动相关的MRCPs波,主要观察偏瘫对侧大脑运动电位N2的波幅及潜伏期。同时选取25例健康人采集其MRCPs波作为参照。结果:头针干预前,两组患者N2波幅、潜伏期均无统计学差异(P>0.05),但其波幅较健康人均升高(P<0.05),其潜伏期均长于健康人(P<0.05)。头针干预后,A组患者N2波幅较前降低(P<0.05),并且低于B组头针后(P<0.05),潜伏期较前缩短(P<0.05),而B组N2波幅较前无明显差异(P>0.05),潜伏期较前缩短(P<0.05)。结论:针刺顶颞前斜线中2/5可以即刻提高对侧偏瘫肢体的运动功能,缩短其运动准备时间;额旁一线仅能即刻缩短其运动的准备时间。头针同一神经支配的不同区域却体现不同的疗效,其作用机制可能是通过某种途径直接刺激其相应的皮质区。

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。