高效讀懂大腦運動意圖有望造福癱瘓病人

發布日期：2020-12-25 閱讀次數：613 來源：科技日報

摘要：

       在生活起居和社會活動中，人體四肢發揮著重要作用，如力量承載、信息傳遞等。而因卒中、外傷等原因導致癱瘓、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，如情感、疲勞、專注度、所執行動作等，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品的便攜性和可穿戴性。
       哈爾濱工業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的前提下，通過改進典型相關分析，對所采集腦電信號的大量通道開展權重分析，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重排序，定義通道的重要性；之后觀察高權重通道數的采集數量與最終運動意圖識別準確率的關系，結果發現利用約１／４的通道已經能達到令人滿意的識別率。而當通道數繼續增添時，準確率無明顯變化甚至出現下降趨勢。
       相關論文１２月１４日在線發表在最新一期國際權威專業期刊《測量科學與技術》上，同時被收錄于英國皇家物理學會期刊平臺科學數據庫中。專家認為，這項理工醫相結合的研究成果為實現“意念控制”、造福癱瘓病人展現了光明前景。
       專家評價指出，這一理工醫相結合的科研成果在傳統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在執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。