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面向卒中康复的运动诱发脑电特征研究与反馈系统设计

王萌亚  
【摘要】:脑卒中为脑区突发血管病变引起局部功能障碍的综合病症亦是全世界第一致残类恶性神经系统疾病。卒中后患者会出现不同程度的运动障碍,严重影响其正常生活,急需有效的康复辅助手段。基于脑-机接口(Brain-computer Interface,BCI)的运动反馈康复训练系统可实现肢体运动与皮层活动的同步耦合,促进运动功能重建,受到越来越广泛的关注。但其康复机制不明确、系统设计缺乏指导,从而影响应用效果。因此,本文围绕运动反馈康复训练系统中的诱发与反馈环节,重点探索运动诱发相关的脑电响应机制,进而优化反馈训练系统设计。针对运动诱发环节,本文根据运动想象(Motor Imagery,MI)和运动观察(Action Observation,AO)在感觉运动皮层激活强度的对比结果将受试者做分组处理,分别在组间相同诱发范式和组内不同运动诱发范式下对皮层的脑电响应进行探究。脑电分析结果表明:两组受试者在有MI参与的实验条件下感觉运动皮层激活程度、脑网络功能连接特性等存在显著差异;具体对于MI脑电特征较弱组别,受试者在AO条件下感觉运动皮层的激活水平最强,对于MI脑电特征较强组别,受试者在MI+AO条件下的感觉运动皮层激活水平最强。针对反馈环节,在视觉提示和功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)联合作用下探究肢体运动频率(1/3Hz、2/3Hz和1Hz)对感觉运动皮层激活效果的影响。对比发现2/3Hz肢体运动频率条件下受试者感觉运动皮层的激活水平更强。基于上述结果,最终搭建了基于BCI的运动反馈康复训练系统,并对MI脑电特征较弱的典型受试者分别进行了3次在线训练实验。经过训练,受试者在MI过程中感觉运动皮层激活(尤其高alpha频段脑电特征能量)水平明显增强,从而初步验证了系统应用的有效性。本文针对运动反馈康复训练系统中的诱发与反馈环节进行了一系列研究,最终搭建了基于BCI的运动反馈康复训练系统。相关成果为优化康复训练模式,缩短康复进程,获得更好的治疗效果提供理论基础和方法支撑。


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