肌骨模型已经广泛用于生物力学分析，因为它们能够估计难以通过活体直接测量的运动变量（如肌肉力量和关节力矩）。传统的物理驱动计算肌骨模型可以解释神经驱动到肌肉、肌肉动力学、以及身体和关节运动学和动力学之间的动态交互。然而，这些模型由于其复杂性，运行速度较慢，难以实现实时应用。近年来，数据驱动方法以其实现速度快和操作简单的优点成为一种有前途的替代方案，但它们不能反映基础的神经机械过程。 本文提出了一种融合物理知识的深度学习框架，用以实现肌骨建模。在该框架中，将物理领域的知识引入数据驱动模型，作为软约束对其进行罚则/正则化处理。本文采用表面肌电图（SEMG）同步预测肌肉力量和关节运动学作为示例，使用卷积神经网络（CNN）实现该框架，并在两个数据集上进行了实验验证，展示了该框架的有效性和鲁棒性。 论文...
在如今的教育环境中，理解学生的学习风格对提高他们的学习效率至关重要。特别是视觉学习风格（visual learning style）的识别，有助于教师和学生在教学和学习过程中采取更有效的策略。目前，自动识别视觉学习风格主要依靠脑电图（Electroencephalogram, EEG）和机器学习技术。然而，这些技术通常需要离线处理来消除伪影和提取特征，从而限制了其在实时应用中的适用性。 这项由Soyiba Jawed、Ibrahima Faye和Aamir Saeed Malik在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》上发表于2024年的研究，提出了一种基于深度学习技术的实时视觉学习者识别模型，...
脊髓损伤（Spinal Cord Injury, SCI）导致的上肢瘫痪大大影响了患者的独立性和生活质量。在SCI的患者群体中，恢复手部和臂部动作的控制被认为是最高优先级的治疗目标，这个需求远超于恢复行走能力。然而，目前改善上肢功能的临床方法并未能达到恢复独立生活的效果。传统的运动疗法和功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）、体感刺激（Somatosensory Stimulation）以及经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）等方法在提升运动功能方面的效果较为有限。 近年的研究表明，通过电刺激技术可以激活受损部位下方的脊髓回路，从而恢复主动运动功能。特别是通过植入电极的脊髓电刺激技术展...
脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）是将神经系统与外部环境连接的一种通讯手段。运动想象（Motor Imagery, MI）是BCI研究的基石，它指在运动执行前的内在演练（Internal Rehearsal）。非侵入性技术如脑电图（Electroencephalography, EEG）因其成本效益高与便利性，可以高时间分辨率记录神经活动。当受试者想象移动身体特定部位时，大脑特定区域会发生能量变化（ERD/ERS），这些变化可以通过EEG记录并用于辨别运动意图。MI基础的BCI系统已经取得显著进展，能够控制外骨骼和光标，特别是与虚拟现实技术结合，用于中风康复的潜力更为显著。 目前，MI解码方法的高性能是这种系统成功的关键。然而，相比于依赖外部刺激的其它BC...
研究背景及目的 近年来，脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）系统在神经工程和神经科学领域广泛应用，而脑电图（Electroencephalogram，EEG）作为反映中枢神经系统不同神经元群体活动的数据工具，已经成为这些领域中核心的研究内容。然而，EEG信号具有低空间分辨率、高时间分辨率、低信噪比以及个体差异大等特征，这些都为信号处理和准确分类带来了极大的挑战。尤其在运动想象（Motor Imagery，MI）这一EEG-BCI系统常用范式中，准确分类不同MI任务的EEG信号对于BCI系统的功能恢复和康复具有重要意义。 传统的MI-EEG分类方法通常基于手工特征提取和分类，但这些方法可能在特征提取阶段丢失EEG的有用信息。近年来，深度学习模型因其自动特征提取和...
通过EMG驱动的机器人手训练揭示慢性中风患者跨半球平衡恢复的神经机制：来自动态因果建模的见解 中风是一种常见的致残原因，其中大部分中风幸存者会患上上肢瘫痪。上肢功能受损的后果可持续六个月以上，只有少数中风幸存者 (少于12%) 能完全康复。为了恢复这些患者的日常生活能力，提高他们的生活质量，研究人员一直致力于开发中风后运动康复方案。 近年来，使用机器人辅助装置进行上肢康复的研究引起了广泛关注。机器人康复提供了一种一致、密集且互动的训练体验，能够吸引患者积极参与。综合分析显示，接受机器人辅助训练的个体在上肢的Fugl-Meyer 评估 (FMA-UE) 分数以及上肢的功能活动方面都有显著改善。然而，针对腕部和手部功能的机器人在运动控制和日常生活活动的改善方面效果有限。随着意图驱动机器人的引入，...
脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）技术近年来发展迅速，被认为是一种无需通过外周神经和肌肉，仅通过大脑直接控制外部设备的前沿技术。特别是在运动想象（Motor Imagery, MI）脑电图（Electroencephalography, EEG）应用中，BCI 技术展现了巨大的潜力。通过分析MI-EEG信号，可以帮助患有物理障碍或神经肌肉退化的病人提高生活质量。然而，由于个体之间的差异以及大脑活动的稳定性、低信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）等因素，如何从复杂的EEG信号中提取有效特征以提高MI-EEG分类系统的准确性，仍然是一个巨大的挑战。 在MI-EEG分类中，特征提取与表示是决定分类性能的关键。当前广泛使用的特征提取方法，...
脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）作为一种新增强通信与控制技术近年来逐渐崭露头角。基于电生理特征（如脑电图，EEG）的BCI中，运动想象（Motor Imagery, MI）是一个重要分支，通过解码用户的运动意图用于临床康复、智能轮椅控制、及光标控制等领域。然而，由于EEG信号的复杂性，如低信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）、非平稳性、低空间分辨率和高时间分辨率等特点，准确解码运动意图仍具有挑战性。现有的MI基BCI解码主要使用传统机器学习和深度学习方法。传统机器学习通常分为特征提取和特征分类两个独立步骤，方法包括快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）、通用空间模式（Common Spatial...
典型发育儿童体感皮层网络的时空动态 研究背景 触觉在我们与外界物体的交互以及手部动作的精细控制中扮演着至关重要的角色。尽管已有大量关于人类皮肤感受信息处理机制的研究，但大脑中参与此过程的脑区之间如何动态交互仍不甚明了。已有的研究在探讨皮肤感受信息流的时间动态时报告了不一致的结果。因此，本研究旨在通过磁源成像和皮层—皮层耦合动态分析探讨典型发育儿童皮肤感受加工的时空动态。 论文来源 本论文由Yanlong Song、Sadra Shahdadian等多位作者共同撰写，作者们分别隶属于Fort Worth的Neuroscience Research Center, Jane and John Justin Institute for Mind Health, Cook Children’s He...
使用柔性多通道光泵磁力计MEG系统测量人类听觉诱发场 Xin Zhang等人，来自中国科学院苏州生物医学工程技术研究所、中国科学技术大学、中国广东省佛山季华实验室和山东省济南国科医疗技术发展有限公司等，于2024年发表在《j. integr. neurosci.》上的一篇研究论文。 背景 磁脑图(Magnetoencephalography, MEG)是一种非侵入性成像技术，可以直接测量大脑中同步激活的锥体神经元产生的外部磁场。光泵磁力计(Optically Pumped Magnetometer, OPM)以其低成本、无需低温、可移动和用户友好的定制设计，展现了在基于MEG的功能性神经成像中的巨大潜力。然而传统的MEG系统由于设备体积大、复杂和重量重，限制了实验的灵活性，无法适应儿童、婴儿...