展臂任务下负载、疲劳和磁刺激对脑电及肌电信号的作用

发布时间：2017-07-21 05:03

  本文关键词：展臂任务下负载、疲劳和磁刺激对脑电及肌电信号的作用

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【摘要】：大脑皮层控制肢体运动,同时肢体运动对大脑皮层有反馈作用。在运动中,肢体承受运动负载并会产生体疲劳,但负载和疲劳对肌肉组织和大脑皮层的影响还不明确。头皮脑电图是实验室和临床常用的生理分析方法,可以记录大脑皮层的电生理活动,而表面肌电图是肌肉组织电活动的总体体现,能反映肌肉的收缩强度和机能水平。此外,磁刺激具有调节神经活动,改变组织兴奋性的作用,但是它对于神经系统的作用机理以及对体疲劳的缓解作用仍不清楚。本研究设计展臂任务,同步采集头皮脑电和表面肌电信号,提取信号特征,研究负载、疲劳和磁刺激对人体生理信号的影响。实验征集18名健康男性被试参与两次展臂实验,实验分为任务1和任务2。任务1中被试在放松后开始水平展臂,要求被试尽可能得长时间保持手臂平稳直至力竭,结束展臂后被试自行休息5分钟,再进行下次展臂,共完成9次展臂,每次展臂佩戴不同重量的负载。任务2在任务1的基础上,在被试的休息期间引入磁刺激,对右侧三角肌进行磁刺激以帮助缓解疲劳。磁刺激的刺激频率为6Hz,刺激强度为35mT。在被试执行展臂任务的同时记录被试的32导头皮脑电和两导表面肌电,依据展臂的持续时间将脑电和肌电信号分为非疲劳期和疲劳期。在对原始数据进行预处理后,提取脑电和肌电特征,包括肌电信号的均方根、中位频率、样本熵;脑电信号的功率密度积分、相关度、样本熵;脑电信号和肌电信号的相干面积。通过统计分析,确定展臂任务中负载、疲劳和磁刺激对脑电和肌电特征的作用。实验结果显示不同的负载和不同的疲劳状态下,表面肌电和头皮脑电信号特征均有显著差异。负载增加时,肌电的均方根和中位频率都显著上升,p0.05;在疲劳状态下,肌电的均方根、中位频率和样本熵,及C3、CP5导联的脑电样本熵和相干性都显著下降,p0.05。在磁刺激作用的影响下Beta节律的功率密度积分、脑电导联间的相关度和疲劳状态下C4导联的相干性显著提高,p0.05,肌电的均方根和中位频率均有降低。本课题计算展臂任务中的脑电及肌电特征参数,依据计算结果分析不同负载下脑、肌电信号特征的差异和机体对疲劳的反馈,为运动机制的研究提供依据。对于磁刺激作用的评估,可以帮助决定合适的磁刺激参数,确定刺激模式的有效性,从而促进新的磁刺激装置的研发。
【关键词】：负载 疲劳 磁刺激 脑电 肌电
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 本文主要内容13-15
• 第2章 实验方案15-25
• 2.1 实验方案15-20
• 2.1.1 实验对象15
• 2.1.2 实验设计15-18
• 2.1.3 疲劳期划分18-19
• 2.1.4 实验环境及条件19-20
• 2.2 低频磁刺激方案20-22
• 2.2.1 肌肉磁刺激线圈设计21
• 2.2.2 磁刺激驱动系统设计21-22
• 2.3 信号采集22-25
• 2.3.1 采集仪器设备22-23
• 2.3.2 体表电极分布23-25
• 第3章 负载、疲劳和磁刺激对肌电特征的影响25-37
• 3.1 肌电信号预处理25
• 3.2 肌电信号特征提取25-28
• 3.2.1 功率谱分析26
• 3.2.2 时域幅值分析26-27
• 3.2.3 复杂度分析27-28
• 3.2.4 统计方法28
• 3.3 肌电特征计算结果28-35
• 3.3.1 对负载和疲劳的分析结果28-31
• 3.3.2 对磁刺激作用的分析结果31-35
• 3.4 讨论与小结35-37
• 第4章 负载、疲劳和磁刺激对脑电特征的影响37-51
• 4.1 脑电数据预处理37
• 4.2 脑电信号特征提取37-39
• 4.2.1 功率谱分析38
• 4.2.2 信号相关度38-39
• 4.2.3 样本熵39
• 4.2.4 统计方法39
• 4.3 脑电特征计算结果39-50
• 4.3.1 对负载和疲劳的分析结果39-45
• 4.3.2 对磁刺激作用的分析结果45-50
• 4.4 讨论与小结50-51
• 第5章 负载、疲劳和磁刺激对脑电-肌电相干性的影响51-59
• 5.1 相干分析51-52
• 5.1.1 EEG-EMG相干谱51
• 5.1.2 相干面积51
• 5.1.3 统计方法51-52
• 5.2 EEG-EMG相干谱的分析结果52-53
• 5.3 相干面积的分析结果53-58
• 5.3.1 对负载和疲劳的分析结果53-55
• 5.3.2 对磁刺激作用的分析结果55-58
• 5.4 讨论与小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 硕士期间发表的论文65-66
• 致谢66

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本文编号：571493