运动想象电位的脑机接口及脑网络研究

在脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术中,运动想象是一种非常重要的BCI范式,运动想象BCI能很好地结合人脑的想象思维和实际的控制应用,将其引入诸如脑损伤这类患者的康复治疗训练,可望通过患者大脑的神经重塑,改善其肢体运动功能,在临床上具有较大的应用潜力。然而目前运动想象BCI系统距离临床应用还存在一系列技术难点,比如:如何解决被试个体差异性问题,如何在确保系统稳定、可靠的前提下提升其传输速率,如何减少被试训练时间,以及如何从神经机制角度优化BCI系统等。因此,本文摸索一种实用有效的运动想象BCI方式,从离线与在线分析结合的角度,研究能适用于不同个体的个性化信号处理方法,建立实时在线BCI系统,并解决系统大脑空闲状态的识别问题。进一步地,通过对运动想象电位的脑网络特性的研究,揭示运动想象所蕴含的脑神经机制。首先,本文研究了运动想象脑电信号处理中常用的AR模型功率谱估计频域分析法,连续小波变换、小波包分解时频分析法,Hjorth参数时域分析法等特征提取方法,针对脑电特征的个体差异问题,提出了一种基于互信息与主成分分析的脑电特征选择算法,联合上述的四种特征提取方法进行特征提取,用本文所提的脑电特征选择算法进行特征选择并与主成分分析算法对比,以支持向量机作为分类器,以降维效果、分类正确率为指标验证了所提算法的有效性。该特征提取算法为在线BCI系统,针对不同个体,适合其的特征提取方法、有效特征的确定等打下基础。其次,结合所在课题组自研的摇杆式上肢康复机器人,建立了一套基于左右手运动想象的实时在线BCI系统,提出一种“连续分类累计”算法,解决了系统大脑空闲与运动想象状态的识别问题,初步实验证明了该系统的可行性,展示了其在临床康复治疗训练中的潜在应用价值。最后,基于上述所开发的在线BCI系统,采用有向传递函数方法构建运动想象的因果脑网络、估计运动想象过程中各导联脑电信号之间的有效连接,从节点度、聚类系数、平均路径长度、局部与全局效率等网络测度的角度,研究并分析了运动想象BCI调控能力与脑电脑网络之间的关系,揭示出运动想象BCI调控能力被试间差异的机理。进一步地,提出一种新的基于协作行为的运动想象范式,从因果关系流量、因果关系密度等因果关系度量指标的角度,分析了协作行为运动想象脑网络区别于个体行为运动想象脑网络的网络节点间因果关系及因果源的空间分布特征。以上关于运动想象脑神经机制的理解,为下一步开展BCI新型范式设计、BCI系统性能优化及在临床康复治疗训练中的应用等工作打下基础

半折疊解析度Ⅲ之二水準部份因子設計

在部份因子設計的領域中，『半折疊設計』(semifolding design)的觀念與技巧在解析度IV的設計裡已有詳盡的介紹與探討，但在解析度III的設計中，到目前為止，卻尚未有詳盡的探討，所以本篇論文主要是針對16-run及32-run解析度III的設計，利用John (2000) 和Li and Mee (2000) 所提的概念與作法，進行半折疊。本論文所建議之半折疊過程為先將原始設計分成二集區，然後再對其中一集區進行折疊。文中將表列最佳分集區的因子組合，並將應用實例與在四種不同的考量下，來對半折疊設計與全折疊設計做一比較。In the area of the fractional factorial design, the concepts and techniques of semifolding have been developed for resolution IV designs, but they are not yet done for resolution III designs. This paper, however, focuses on 16-run and 32-run resolution III designs. We apply the concepts and techniques of semifolding in John (2000) and Li and Mee (2000) to resolution III designs as they have established for resolution IV designs. The procedure we suggest in doing semifolding in this paper is to block the original design into two sections, and then fold over one section. The “optimal” blocking factors are listed in tables, and the performance of semifolding designs in comparison with that of foldover designs are shown by means of examples

基于互信息与主成分分析的运动想象脑电特征选择算法

针对脑机接口中运动想象任务的特征选择问题,提出一种基于互信息与主成分分析的脑电特征选择算法。该算法融入类别信息,用不同运动想象类别条件下特征间的互信息矩阵之和取代传统主成分分析算法中的协方差矩阵,其特征向量表示新的主成分空间内各主成分的方向,特征值则作为评价准则判断主成分维数。对2005年国际BCI竞赛数据集,联合功率谱估计、连续小波变换、小波包分解、Hjorth参数四种方法进行特征提取,采用所提出的算法进行特征选择并与主成分分析算法对比,实验结果表明,所提出算法的降维效果更好,以支持向量机为分类器,相同维数的主成分,所得分类正确率更高

基于认知脑区的脑-机接口技术及其在康复中的应用研究进展

脑-机接口(BCI)技术通过解码大脑信号可实现人类和外部设备的交互,近年来取得了一些重要的突破,但其应用推广目前还存在许多障碍。当前常见的BCI控制信号一般来源于与感觉运动相关的脑区,这些信号仅能反映肢体运动意图的有限部分。因此,需要探索更多可用于控制BCI系统的脑信号源。基于认知脑区的脑信号具有更加直观、有效的特点,可作为拓展脑BCI信号源的新途径。本文综述了基于单一脑区和多脑区混合的认知BCI的研究现状,并归纳了其在康复医学领域的应用研究,以期将基于认知的BCI技术作为未来BCI康复应用的突破口

基于认知脑区的脑-机接口技术及其在康复中的应用研究进展

脑-机接口(BCI)技术通过解码大脑信号可实现人类和外部设备的交互,近年来取得了一些重要的突破,但其应用推广目前还存在许多障碍。当前常见的BCI控制信号一般来源于与感觉运动相关的脑区,这些信号仅能反映肢体运动意图的有限部分。因此,需要探索更多可用于控制BCI系统的脑信号源。基于认知脑区的脑信号具有更加直观、有效的特点,可作为拓展脑BCI信号源的新途径。本文综述了基于单一脑区和多脑区混合的认知BCI的研究现状,并归纳了其在康复医学领域的应用研究,以期将基于认知的BCI技术作为未来BCI康复应用的突破口

一种永磁同步直线电机驱动器

本实用新型涉及一种永磁同步直线电机驱动器，其特征在于：包括有对单相市电进行滤波的第一滤波器(1)；将交流电转换成直流电的整流器(2)；对直流电进行平滑处理的第二滤波器(3)；把直流电转换成三相交流电驱动直线电机的逆变器(4)；对直线电机电流进行检测的电流检测装置(5)，执行直线电机精确控制、接收直线电机反馈信号的控制器(8)，控制器(8)接收来自电流检测装置(5)的模拟信号和电源电压信号，同时接收来自直线电机光栅尺的动子位置的反馈信号，通过对这三个数据进行内部处理，输出控制信号精确控制直线电机动子的运动位置和推力大小。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：能够精确地控制直线电机的推力、速度及位置

一种连续式液压成型设备及其自动控制方法

本发明公开了一种连续式液压成型设备及其自动控制方法。该设备除了包括油箱、溢流阀、单向阀、换向阀、单向调速阀、上油缸、下油缸、上压杆以及下压杆外，还包括电子尺、接近开关与PID调节器，电子尺的滑动端与上压杆的固定端相连接，通过将对应位置的电阻值转换为电流信号传送至PID调节器，根据预设的上压杆位移-时间曲线，PID调节器向上压杆单向调速阀输出电流量，调节阀门开度，实现上压杆的进动速度自动变化；另外，本发明连续式液压成型设备采用可编程序控制器作为整个成型过程连续运行的控制器，实现了物料装填、压制成型、毛坯取出等全过程自动连续运行，是一种结构简单、自动化程度高、无需通过手动调节上压杆的进动速度的液压成型设备

虚拟现实技术在康复训练中的应用进展

近年来,电子游戏技术的迅速发展改变了传统用户与计算机之间的交互方式。其中的一些技术,比如虚拟现实(virtual reality,VR)技术和运动追踪技术改变了用户在传统游戏中的体验与应用范围~([1])。随着计算机硬件技术与软件系统的发展和改进,虚拟现实技术正被广泛应用于军事、医疗、管理、设计、教育、娱乐等各个领域。特别在康复医学领域,虚拟现实技术的引入不仅可以节约成本,降低风险,还能够

一种摇杆式上肢康复装置

本实用新型公开了一种摇杆式上肢康复装置，该装置主要由机械部分和控制部分构成。机械部分主要包括底座、包括直线电机的伸缩摇杆、连接伺服电机的外弧形轨道和内弧形轨道，控制部分主要包括位置传感器、光电编码器，控制伺服电机驱动器和直线电机驱动器电压和电流的运动控制卡，显示器以及计算机组成。通过机械部分与控制部分的有机结合，伸缩摇杆能够在三维空间中沿任意轨迹运动，从而为不同程度丧失运动能力的患者提供包括被动训练模式、主动训练模式和助动训练模式的三种训练模式，因此是一种结构简单紧凑、适用患者人群广泛、训练模式多样化的低成本上肢康复装置，具有良好的应用前景