高效讀懂大腦運動意圖有望造福癱瘓病人

發(fā)布日期：2020-12-25 閱讀次數(shù)：649 來源：科技日報

摘要：

       在生活起居和社會活動中，人體四肢發(fā)揮著重要作用，如力量承載、信息傳遞等。而因卒中、外傷等原因?qū)е掳c瘓、知覺幾乎喪失的患者，則不能像正常人一樣隨心所欲地進行靈活的肢體動作表達。
       腦電波能夠客觀地反映人的生理狀態(tài)，如情感、疲勞、專注度、所執(zhí)行動作等，提取相應特征即可對受試者運動意圖展開預測識別。當下，基于癱瘓病人腦電波信號進行運動意圖的檢測已得到了深入而廣泛的研究，即讓受試者大腦進行運動想象任務，例如想象自己某一肢體的運動，但實際該肢體保持不動，受試者只是進入單純的肢體運動想象場景，此時腦電波會出現(xiàn)相應特征，提取出此類特征即可展開受試者運動意圖的預測識別。
       大多數(shù)科研人員專注于用盡可能多通道的腦電信號采集全面豐富的信息，并借用復雜的算法提取運動意圖特征，以加大意圖預測的準確率。但這樣的操作使信號采集變得繁瑣，而且包含大量冗余信息，增加了運算的復雜度，不利于實際應用中產(chǎn)品的便攜性和可穿戴性。
       哈爾濱工業(yè)大學儀器科學與工程學院孫金瑋教授和他的團隊成員曹天傲、王啟松、劉丹、白鷗等人完成的一項科研課題“基于支持向量機—典型相關(guān)分析—通道篩選的運動想象通道選擇方法”，在保證運動意圖識別準確率處于一定范圍內(nèi)的前提下，通過改進典型相關(guān)分析，對所采集腦電信號的大量通道開展權(quán)重分析，逐一判斷每個通道對實際運動意圖預測準確率的貢獻，并按照貢獻大小進行通道權(quán)重排序，定義通道的重要性；之后觀察高權(quán)重通道數(shù)的采集數(shù)量與最終運動意圖識別準確率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用約１／４的通道已經(jīng)能達到令人滿意的識別率。而當通道數(shù)繼續(xù)增添時，準確率無明顯變化甚至出現(xiàn)下降趨勢。
       相關(guān)論文１２月１４日在線發(fā)表在最新一期國際權(quán)威專業(yè)期刊《測量科學與技術(shù)》上，同時被收錄于英國皇家物理學會期刊平臺科學數(shù)據(jù)庫中。專家認為，這項理工醫(yī)相結(jié)合的研究成果為實現(xiàn)“意念控制”、造福癱瘓病人展現(xiàn)了光明前景。
       專家評價指出，這一理工醫(yī)相結(jié)合的科研成果在傳統(tǒng)多通道腦電信號采集的基礎上另辟蹊徑，改進并建立了一種腦區(qū)最佳通道選擇策略，在保證大腦運動意圖識別準確性的同時，利用盡可能少的采集通道，以對頭腦中的運動想象動作給予準確預測。研究者還探究了不同腦區(qū)在執(zhí)行運動想象任務時的活躍程度，從而為癱瘓病人的日常生活與意圖表達提供了更加高效的輔助方式，有望讓“意念控制”夢想成真。