猕猴背侧运动前区在手势抓握规划中的功能研究

发布时间：2021-07-20 00:25

　　伸抓功能是人们生活中最常用的功能之一,因此研究大脑对伸抓运动的控制功能一直是神经领域的热点之一。近年来,随着脑机接口技术的发展,可以初步实现直接解析大脑的运动控制信号并控制外部设备,为病人的伸抓功能替代提供了新的思路。背侧运动前区（dorsal premotor cortex,PMd）是负责伸缩-抓握运动的神经环路上一个重要节点,可以为伸缩-抓握运动解析提供的重要信息来源。然而,目前对PMd在抓握运动过程中的功能研究还不够深入,目前尚不清楚PMd在抓握规划过程中的具体功能究竟是视觉刺激处理?抓握目标特征处理?信息决策?亦或是手势配置?本文主要针对上述问题进行了以下研究:首先搭建了非人灵长类动物抓握动作实验平台,并在该平台的基础上设计和实现了两种实验范式:延迟抓握的转盘实验范式以及单物体实验范式。其中延迟抓握的转盘实验范式可以通过照明灯控制抓握目标是否对猴子可见,同时通过更换不同的抓握物体指示相应的抓握动作;单物体实验范式则通过指示灯的组合,训练猴子运用不同的决策方式对同一目标物体完成两种手势的抓握。通过两种实验范式及不同实验条件的交叉对比,对抓握过程中视觉信息、目标特征信息、信息决策及... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

人体手臂神经肌肉骨骼结构解剖示意图(顾晓松.2p11)

中最为灵活的，这是由于灵长类的动物具有更加灵活的大拇指，灵长类的拇指不??仅可以实现与其余四指的对握，并且可以与每个手指进行单独接触，这是其他动??物的手所无法完成的。图１．２展示了人类手部的骨骼结构。??＾?Ｉ?｜＾Ｔ??图１．２手部骨骼结构示意图（顾晓松，２０１１）??如图１．２所示，人类的手部由多迗２７块骨骼所构成，包括８块腕骨，５块掌??骨１４块指骨。这２７块骨骼之间由肌腱相连，构成了?１８个关节，控制这１８个关??节运动的肌肉共有２９块，这些肌肉与骨骼的组合活动实现了这１８个关节在２２??个自由度上的活动。这１８个关节包括毎根手指上的３个关节（远端指间关节、??近端指间关节、掌指关节），其中远端指间关节与近端指间关节的自由度为１，??掌指关节的自由度为２，可以完成屈、伸、内收、外展四个自由度的动作；大拇??指的情况比较特殊，其指间关节只有１个，但在掌指关节下方还有１个掌腕关节，??掌腕关节除了可以完成内收外展的动作外

一。，，立活动，各个关节的运动学参数肌肉配置等相关信息是互相关联的，也就是说，??大部分手势相关的动作可以用少数几种肌肉模式来进行描述。Ｓａｎｔｅｌｌｏ等人的研??究发现，把手势精细活动时的肌肉活动用主成分分析方法进行降维，结果发现，??前两个成分的方差就可以迗到８４％，前三个成分的方差更是达到９０％，这意味??着不同手势之间的信息是高度冗余的（Ｓａｎｔｅｌｌｏ?ｅｔ?ａｌ．，?１９９８）。而Ｐｒｏｓｉｓｅ等人将??Ｓａｎｔｅｌｌｏ等人的工作进行了拓展，结果发现不仅是精细手势，静态手势、任意运??动甚至肌肉的力量等信息都存在高度冗余的现象（Ｐｒｏｓｉｓｅ?ｅｔ?ａｌ．，２０１０）。这些结果??意味着，运动执行过程中，大脑的指令无需精确到各关节肌肉，只需要控制这些??作为基础单元的手势组合，就可以完成复杂的抓握动作。那么在伸抓范式中究竟??存在多少基础手势单元，针对这一问题Ｃｕｔｋｏｓｋｙ等人做出了研究，通过对人类??常用手势的拆解分析，最终将基础手势划分为２类５级１６种，结果如图１．３所??示，绝大部分人类手势都可以归属于这１６种动作之中（Ｃｕｔｋｏｓｋｙｅｔａｌ．，?１９８９）。??Ｇ?ｒ８


本文编号：3291742