摘要：人-机交互(Human-Computer Interface,HCI)是将人的意图或运动转为机器指令的技术。其中,利用生物电信号来实现人与外部设备之间实时通信的HCI系统可反映人体内部状态和预期行动,已广泛应用于健康监测、医疗诊断、航空航天、假肢和辅助设备的开发等多个领域。研究表明,基于肌电(Electromyography,EMG)的HCI系统稳定性强、实用化程度高,具有广阔的应用场景。其中,舌头运动具有高度的灵活性和可控性,诱发信号强且易于检测,因此通过舌动来控制外部设备的舌-机接口(Tongue-Computer Interface,TCI)具有重要的研究价值。然而现有研究的舌动信号采集方式仍然无法同时满足自然场景下高用户舒适度、精识别准确率和多控制指令集等方面的需求。为此,本研究设计了7种不同的舌头运动方式,分别为舌头“从左到右”、“从右到左”、“向上”、“向下”、“吐舌”、“卷舌”和“说‘talk’”运动,并采用更为便捷、舒适的电极放置方法获取了22名受试者的耳周围舌动EMG信号。本研究通过时、频域特征和共空间模式(Common Spatial Pattern,CSP)算法提取了舌动信号的多维信息,使用支持向量机(Support Vector Machines,SVM)进行了7种舌动模式的有效识别,22名受试者的7类舌动模式平均分类正确率最高可达94.25%±5.23%。本研究验证了舌头运动的耳周围EMG信号的稳定性和可分性,为后续开发高性能TCI系统、拓展HCI的应用场景奠定了基础。

摘要：脑卒中是现代社会运动功能障碍的首要诱因。针对传统被动强化肢体运动康复训练手段单一及训练策略缺乏客观评价参数指导等关键问题,设计了右上肢运动想象融合不同强度功能性电刺激(阈上与阈下及无刺激)的实验任务范式,17名年轻健康右利手被试参与各项任务实验。脑电时频特征及统计学结果显示:刺激与无刺激模式间C3/C4导联α频带能量及CPz导联β频带能量存在显著性统计差异;阈上刺激与阈下刺激α频带能量仅在辅助运动皮层存在显著的激活差异。以上结果初步可证实,MI结合FES的康复训练模式更有助于激活运动皮层;可推论出FES作用能够强化包括辅助和初级运动皮层、感觉运动皮层在内的α节律及感觉运动皮层的β节律皮层神经活动。

摘要：运动是人类日常思维与活动最基本、最重要的必需功能之一,各式动作通过神经系统调节肌肉收缩或舒张得以实现。研究运动相关思维诱发大脑神经生理活动信息不仅可深入揭示脑认知与行为的内在神经原理和调控机制,还能为研究开发新型脑-机接口(BCI)系统、更有效辅助运动障碍患者功能康复提供关键科学依据与创新设计思路,具有显见的学术意义和应用价值。主要综述了运动想象(MI)与运动执行(ME)思维所诱发不同脑电(EEG)神经生理特征的异同;重点回顾了基于运动相关思维EEG信息解码BCI在运动意图检测、特定局部肢体运动分类及参数解码与应用的最新研究进展;分析了阻碍其发展的技术难点并探讨了可能化解思路及展望了其未来前景;以期促进相关BCI技术的深入研究与开发应用。

摘要：基于运动想象(MI)的脑-机接口(BCI)作为一项新的运动损伤康复手段,在帮助改善和恢复丧失的身体功能方面具有重要的作用。然而,目前MI-BCI走向实用化仍面临着许多问题和挑战,包括MI诱发生理信号空间分辨率低、使用者训练时间较长和异步控制MI-BCI系统难以有效实现等。简要阐述MI相关的机制研究,然后针对以上问题从信号采集、信号处理算法分析、范式设计和异步控制研究等,综述相关解决方案及其研究现状,最后概述MI-BCI的应用,并展望MI-BCI未来的发展方向。

摘要：运动想象脑-机接口(MI-BCI)作为最常见的主动式脑-机交互范式,仍存在指令集小、正确率低等瓶颈问题,其信息传输速率(ITR)与实际应用严重受限。本文设计了六指令想象动作,采集了19名被试的脑电信号(EEG),研究协同脑-机接口(cBCI)的协同策略对MI-BCI分类性能的提升效果,对比了不同群体规模、融合策略的变化对群体分类性能的影响。结果表明,最适的群体规模为4人,最佳的融合策略为决策融合,并且在该条件下群体的分类正确率达到了77%,这比相同群体规模下特征融合策略有所提高(77.31%vs.56.34%),并且比单用户的平均水平明显提高(77.31%vs.44.90%)。本研究证明了cBCI协同策略可有效提升MI-BCI分类性能,为MI-cBCI研究及其未来应用奠定了基础。

摘要：目的解决目前面临的传统功能性电刺激强化肢体运动康复训练模式无法实现患者自主意愿控制、难以达到大脑神经功能与肢体运动协同康复效果的问题。方法通过软件与硬件结合,设计并实现了一种脑电控制的功能性电刺激康复系统,其信号采集软件模块实现了特征提取,采用短时傅里叶变换提取脑电信号的想象动作模式特征,引入共空间模式算法提取了脑电信号的二分类想象动作模式特征。2名卒中患者(2名健康志愿者作对照)参与使用该系统进行临床康复训练测试,并长时程跟踪了一名患者康复训练测试,同时就量表和脑电数据进行联合分析。结果较康复训练前,患者上肢肌肉张力水平下降,部分肌肉的肌力增强,伴随康复训练进程对侧占优系数呈现上升趋势。结论进一步印证了神经可塑性在卒中康复中的作用,也为今后卒中患者康复训练效果评估提供了新思路。

摘要：运动想象脑-机接口(MI-BCI)可解码用户运动意图,为无法自主运动患者提供一种额外交互控制通道,辅助或改善其生活方式。针对现有下肢MI-BCI分类性能较低等关键问题,引入了体感电刺激(ES)用于下肢MI-BCI构建混合范式(MI+ES),并与传统单一范式(MI)对比。共20名年轻健康右利手受试参与实验,5名参与最优诱发频率验证试验,15名参与正式实验。随后采集了参与正式实验的15名受试不同条件下脑电(EEG)数据,应用傅里叶变换(FFT)和事件相关谱扰动(ERSP)算法提取EEG频域响应、时频特征等,并计算alpha(8~14 Hz)、低beta(15~24 Hz)和高beta(25~35 Hz)等多频段能量变化。此外,分别探索了MI/(MI+ES)条件、共空间模式(CSP)/基于多频率成分的共空间模式(FBCSP)特征提取方法对下肢MI-BCI系统分类性能的影响。结果表明,引入体感电刺激策略可诱发明显的SSSEP特征,MI+ES条件分类准确率较单一MI条件有显著性提升(P<0.001),且应用FBCSP方法的系统分类准确率显著优于经典CSP方法(P<0.01):CSP特征提取方法下MI+ES条件的平均分类准确率为70.2%,其中受试S15的分类准确率达84.2%;FBCSP方法下的平均分类准确率为71.7%,受试S15的分类结果达到90%。初步证实了受试在体感电刺激条件下可诱发出明显的SSSEP特征,而且其融合MI可有效提升下肢MI-BCI分类性能,可支撑下肢MI-BCI系统的实用化进程,也为外周神经相关体感刺激调控方法的优化设计提供了新的技术思路。

摘要：肢体运动功能障碍作为卒中后的常见病症,急需有效的康复治疗手段以助其运动功能改善。近年来,诸如经颅电磁刺激等新型神经调控技术通过可逆性地调控神经系统活性,达到改善患者肢体运动功能障碍、增强康复效果的目的。本文在阐述经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)和重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)两种方法的作用机制基础上,对tDCS及rTMS分别在卒中后肢体运动功能康复中的神经可塑性机制、肢体运动功能康复刺激参数的研究、康复手段融合研究进行了回顾与总结,发现tDCS和rTMS均可促进患者大脑运动功能神经重组,与传统、现代技术治疗手段结合均可在运动功能康复方面发挥有效作用。而后归纳了影响二者临床应用的诸如刺激部位、tDCS最佳电流强度和rTMS最优频率等刺激参数设置不一致等问题。最后针对两种调控手段融合方式的探索性研究,展望了未来新型调控方法在临床的应用模式,为今后临床康复中面向肢体运动功能障碍的神经调控技术研究方法的设计、制定与优化提供新的技术思路。