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基于Gabor小波和格兰杰因果的脑-肌电同步性分析

发布时间:2018-12-11 06:18
【摘要】:手部运动功能神经肌肉调节机制的研究在假肢控制、康复治疗和评价等方面具有重要意义。基于Gabor小波和格兰杰因果(WT-GC)实现皮层肌肉耦合(CMC)分析,并定义GC峰值频率和显著性面积指标,定量描述不同频段的脑-肌电耦合及信息流向特征。同步采集10名健康被试在10%和60%最大自主收缩力(MVC)下的脑电(EEG)与肌电(EMG)信号,运用脑-肌电同步性分析方法进行手部不同力量下的脑-肌电同步耦合特征分析。结果显示:与10%MVC相比,在60%MVC握力输出下,EEG→EMG和EMG→EEG方向GC峰值频率均向高频段转移;EEG→EMG方向上beta频段的GC显著性面积降低,并具有统计性差异(P0.05)。研究结果验证,所提出方法能够有效刻画不同频段的皮层肌肉间能量耦合特征,可描述不同信息传递方向上的神经元同步振荡强度,也可揭示皮层肌肉运动系统通过调节神经元同步振荡强度、频段与流向来控制手部力量输出的神经机制,为探索手部运动控制与反馈信息解码提供了依据。
[Abstract]:The study of neuromuscular regulation of hand motor function is of great significance in prosthetic control, rehabilitation and evaluation. Based on Gabor wavelet and Granger causality (WT-GC), the cortical muscle coupling (CMC) analysis was realized, and the peak frequency and significant area index of GC were defined. The electroencephalogram (EEG) and myoelectric (EMG) (EMG) signals of 10% and 60% maximal autonomic contractility (MVC) were simultaneously collected from 10 healthy subjects. The electroencephaloelectric synchronous coupling characteristics of the hand with different forces were analyzed by using the method of EEG-myoelectric synchrony analysis. The results showed that the peak frequency of GC in the direction of EEG EMG and EMG EEG shifted to high frequency band under the output of 60%MVC grip strength compared with 10%MVC, and the GC of beta band in EEG EMG direction decreased significantly with statistical difference (P0.05). The results show that the proposed method can effectively describe the characteristics of energy coupling between cortical muscles in different frequency bands, and can describe the synchronous oscillation intensity of neurons in different directions of information transmission. It can also reveal the neural mechanism that the cortical muscle motor system controls the output of hand force by regulating the synchronous oscillation intensity, frequency band and flow direction of the neurons, which provides a basis for exploring the hand motion control and decoding of feedback information.
【作者单位】: 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室;燕山大学河北省控制工程重点实验室生物信息研究中心;中国人民解放军第281医院康复医学科;
【基金】:国家自然科学基金(61271142,61503325) 河北省自然科学基金(F2015203372)
【分类号】:R318

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本文编号:2372036

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