基于fNIRS的人體上下坡運動意識的研究.pdf

1、為了增加肢體殘缺者的生活自理能力，需要佩戴假肢，而目前傳統(tǒng)的假肢仍有訓練時間長，響應(yīng)慢等的缺陷，因此基于人腦運動意識控制假肢的腦機接口技術(shù)備受關(guān)注。目前絕大部分關(guān)于人體運動意識的研究只關(guān)注誘發(fā)運動或者是身體某終端部位的運動，然而現(xiàn)實生活中需要很多自發(fā)的大幅度的運動輔助控制。fNIRS是一種新興的腦功能成像技術(shù)，它具有良好的時間和空間分辨率，并且具有便攜性，使得該技術(shù)在自發(fā)的大幅度人體運動意識研究領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。本課題的主要研究內(nèi)容

2、如下所示:
　　(1)設(shè)計了在自發(fā)意識下的上下坡運動實驗，應(yīng)用功能性近紅外光腦功能成像(fNIRS)技術(shù)記錄了20名被試的腦血氧信息。
　　(2)利用單因素方差分析(ANOVA)方法分析了大腦運動關(guān)聯(lián)區(qū)域（主運動區(qū)，前運動區(qū)，輔助運動區(qū)，前輔助運動區(qū)以及背外側(cè)前額葉區(qū)域）內(nèi)的血氧信息，確定了靜止狀態(tài)，運動開始狀態(tài)以及動作轉(zhuǎn)換狀態(tài)三種不同的任務(wù)，并通過比對靜止-開始運動狀態(tài)以及開始運動-動作轉(zhuǎn)換狀態(tài)下含氧血紅蛋白濃度值的差異，

3、找出隨著任務(wù)變化血氧濃度變化最活躍的5個通道。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，事先確認的5個功能區(qū)域都出現(xiàn)了隨著任務(wù)的改變大腦血氧濃度產(chǎn)生變化的現(xiàn)象，而最能體現(xiàn)這些變化的通道分別為通道8，通道9，通道15，通道16以及通道23。
　　(3)當確認了所研究的5個通道之后，進一步基于活躍通道內(nèi)的含氧血紅蛋白信息，設(shè)計了一個Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別開始運動的運動意識，以5個通道的濃度變化斜率以及通道9當前濃度與Baseline平均濃度的差值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入來判別運

4、動和靜止狀態(tài)。分類準確率約為78％，并且能夠在實際運動開始后的0.5秒左右辨識出來。
　　(4)此外，應(yīng)用母小波Db4對上下坡期間活躍通道內(nèi)含氧血紅蛋白信息進行了三層小波變換，并將提取的小波系數(shù)用Fisher分類器進行分類，從而達到辨別上下坡的運動模式的目的，分類準確率約為85％。
　　本課題提出了基于腦皮層血氧信息來判別自發(fā)上下坡運動的方法，建立了基于Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運動意識判別模型，提出了基于Fisher分類器判別上下坡運