脑卒中后手功能康复机器人的研究进展——从传动机构角度的探讨

脑卒中是由脑部血管堵塞或破裂导致脑部供血不足而引发脑组织损伤的疾病,具有高发病率、高致残率等特点[1]。近年来,脑卒中患病率呈上升趋势,该疾病已成为我国居民第一大死因,同时也是世界第二大死因[2]。脑卒中患者死亡比率高达1/3,其余幸存者也存在不同程度的残疾[3]。

生后早期大鼠初级视皮层Ⅰ层中间神经元电学特性研究

目的:研究视觉发育可塑性关键期内大鼠初级视皮层Ⅰ层中间神经元的电学特性,以期通过分析其电学特性进一步区分神经元的类型。方法:采用脑片膜片钳全细胞记录技术,观察13~15天SD大鼠初级视皮层Ⅰ层单眼反应区(Oc1M)中间神经元的被动、主动电学特性和动作电位的发放特征。结果:大鼠初级视皮层Ⅰ层中间神经元动作电位的后电位表现为后去极化和后超极化两种形式。后去极化的幅度能够达到15.11±3.02 mV;而后超极化的幅度为-6.22±0.53 m V。基于后电位的不同,将Ⅰ层中间神经元分为后去极化神经元(ADPNs)和后超极化神经元(AHPNs)两类。对两类神经元的电学特性进行统计比较发现,ADPNs具有较高的静息电位、较低的阈电位和较高的能障(P<0.05)。此外,两类神经元在动作电位峰幅值、最大下降斜率、峰展宽以及频率适应性上均具有显著性差异(P<0.05)。结论:在视觉发育可塑性关键期内,大鼠初级视皮层Ⅰ层中间神经元可根据其电学特性分为ADPNs和AHPNs两种类型,二者可以进一步通过其被动和主动电学特性以及动作电位发放特性加以区分。

飞行员经颅交流电刺激睡眠调节干预方法研究

目的针对飞行员经常需要打破昼夜节律出紧急任务的现状,研究一种经颅神经电刺激睡眠干预方法来缩短入睡时间、提高睡眠质量,以达到短时间内提高作战效能、提升飞行安全性的目的。方法提出了一种基于低频正弦交流电经颅刺激的睡眠干预方法,按照设计要求招募20名被试,每名被试参与3组睡眠干预实验,分别为对照组、伪刺激组和刺激组,其中刺激组使用经颅神经电刺激仪根据刺激方案对受试者进行电刺激干预,伪刺激组仅模拟刺激仪开关时的电流,其余时间不刺激,实验全程进行脑电、眼电、肌电信号的同步监测,记录相关数据。对采集到的脑电信号进行delta/theta功率谱密度比值分析,结合眼电、肌电信号确定受试者的入睡时间。结果对照组、伪刺激组和刺激组入睡时间分别为(17.29±7.72)、(11.41±4.71)、(5.21±3.36)min,刺激组入睡时间与对照组结果比较,差异具有统计学意义(P<0.05),伪刺激组入睡时间与对照组结果比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论在入睡时间上刺激组<伪刺激组<对照组,证明该经颅神经交流电刺激方法可有效缩短被试入睡时间。

睡眠呼吸暂停综合征患者的睡眠分期算法研究

针对可穿戴睡眠监测缺乏有效的自动睡眠分期和睡眠质量评价方法这一问题,提出一种适用于睡眠呼吸暂停综合征患者的自动睡眠分期方法。通过心电图R-R间期序列,分别得到心率变异性、呼吸幅度变异性和呼吸率变异性信号。以此为基础,提取时域、频域及非线性特征共55个。利用门控循环单元网络,分别构建清醒-睡眠二分类、清醒-快速眼动-非快速眼动睡眠三分类、清醒-快速眼动-浅睡-慢波睡眠四分类、清醒-快速眼动-非快速眼动Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ期五分类等共4个不同分类粒度的睡眠分期模型;采用损失函数类别加权方法,有效降低数据非平衡对分期结果的影响。验证数据来自SHRS数据库的274例患者。借助准确率、Cohen′s Kappa系数和睡眠结构指标对该睡眠分期方法进行性能评价。结果表明4个分类器的准确率分别为85.06%、75.44%、63.80%、62.13%,Cohen′s Kappa系数达到了0.54、0.49、0.41、0.41,睡眠结构分析评估与临床结果之间的差异无统计学意义。所提出的方法基本满足睡眠质量评估的需求,适用于可穿戴睡眠监测应用。

伴随规则节律的运动想象方案设计

目的提出一种伴随规则节律的运动想象范式,以解决脑机接口运动想象康复机器人分类准确率偏低的问题。方法未经运动想象训练的健康被试10例,通过动作图片提示进行运动想象引导,图片内容为伴随规则节律的运动动作。利用共同空间模式特征提取算法和Fisher分类器进行分类,与传统范式和伴随无规则节律的运动想象范式进行对比。结果伴规则节律的运动想象范式出现更加明显的去同步现象,分类准确率明显提高。结论伴随规则节律的运动想象方案为基于脑机接口的主动康复训练研究提供新思路。

手机控制型便携经颅直流电刺激器的设计与实现

目的设计并实现一种手机控制型低功耗、便携式经颅直流电刺激器。方法采用恒流刺激电路通过场效应管,实现输出稳定可调的低强度直流电流;阻抗检测电路和过流保护电路增加刺激器的有效性和安全性。通过微控制器实现对刺激电路的控制和实时检测,通过智能手机安卓软件实现刺激器的参数设置和实际刺激信息的显示及保存。结果输出电流强度与精度、最大负载,控制模块的计时、设备连接、刺激信息采集与显示,都达到预期设计目标。结论实现了刺激器的移动终端控制,具有便携、低成本、低功耗的优点,可为进一步应用提供解决方案。

基于表面肌电图的人体运动意图识别研究进展

目的分析基于表面肌电图人体运动意图识别的研究方法和识别效果。方法检索PubMed、Web of Science、中国知网、万方数据、维普数据库建库至2020年12月文献,筛选基于表面肌电图的人体运动意图识别实验研究,提取相关数据,进行描述性分析。结果根据采用的方法,运动意图识别可分为3类:基于肌肉骨骼模型的运动意图识别、基于传统机器学习的运动意图识别和基于深度学习的运动意图识别。结论单一基于表面肌电信号的方法难以完全彻底地估计所有运动意图。开发精确和实时的人体运动意图识别方法仍有待进一步研究。

轻度脑室内出血对脑损伤高危儿早期运动发育的影响

目的探讨轻度脑室内出血(IVH)对脑损伤高危儿早期运动发育的影响,根据其特点指导干预。方法基于回顾性队列研究设计,选择2022年2月1日至2023年3月31日于西安市儿童医院新生儿病房出院,合并一种或多种脑损伤高危因素的高危儿,依据头颅超声是否存在轻度IVH诊断分为轻度IVH组和无IVH组,研究对象排除其他脑损伤疾病。采用婴儿运动能力测试(TIMP)评估运动发育,反映头部控制、对视听觉反应、防御运动、躯干运动、四肢运动等方面的发育。两组均于生后矫正年龄(CA)16周内完成TIMP测试,比较两组TIMP分值的差异。结果共纳入329例新生儿,轻度IVH组98例,无IVH组231例。轻度IVH组TIMP的Z值低于无IVH组(-0.25±0.87比0.03±0.71,P=0.015)。匹配脑损伤高危因素后进一步比较:CA 2~5周,轻度IVH组TIMP评分(分)总分(74.10±12.28比84.24±7.71)、观察项目(10.57±1.47比11.24±1.29)、引出项目(63.17±12.13比73.00±7.36)、坐位(9.14±2.90比11.65±3.26)、仰卧位(22.07±4.73比24.79±3.55)、俯卧位(10.35±3.74比12.82±3.15)、侧方位(4.00±2.85比5.48±2.13)的分值均低于无IVH组(P<0.05);CA 6-9周,轻度IVH组坐位(10.44±4.01比12.96±3.02)、仰卧位(24.04±4.60比26.83±3.53)、侧方位(4.83±2.53比6.25±2.6)的分值均低于无IVH组(P<0.05)。CA 12~15周,轻度IVH组总分(104.00±12.98比114.10±13.16)、引出项目(92.00±12.64比102.00±13.10)、坐位(17.00±3.50比19.13±3.55)、侧方位(7.35±2.14比9.00±2.37)的分值均低于无IVH组。结论轻度IVH影响脑损伤高危儿早期运动发育,主要表现为CA 2~5周时头控相关能力落后,且趋势会持续至CA 12~15周。脑损伤高危儿合并轻度IVH时应该进行早期运动能力监测及头控能力干预。