表面肌电信号的拓扑结构:利用黎曼流形解码手部手势

表面肌电信号的拓扑结构:利用黎曼流形解码手部手势 本论文由Harshavardhana T. Gowda(加利福尼亚大学戴维斯分校电子与计算机工程系)和Lee M. Miller(加利福尼亚大学戴维斯分校心理与脑科学中心、神经生理学和行为系、耳鼻喉科-头颈外科系)联合撰写。该论文发表于《Journal of Neural Engineering》。 研究背景 表面肌电图(sEMG)信号通过在皮肤表面放置传感器来非侵入性地记录来自运动单元(MU)激活的电信号。这些信号在上肢手势解码中的应用,对于截肢者的康复、人造肢体增强、计算机手势控制以及虚拟/增强现实等领域具有重要意义。然而,sEMG信号的实际应用受到了许多因素的限制,比如皮下组织的厚度、依赖于电极位置的信号变异性等。因此,如何解码和区分不...

周围轴突几何形状和局部解剖对磁刺激时间常数的影响

外周神经几何形状和局部解剖对磁刺激时间常数的影响 背景介绍 快速切换的磁共振成像(MRI)梯度场会在人体内产生足够强的电场,导致外周神经刺激(Peripheral Nerve Stimulation, PNS),限制成像速度和分辨率的提高。PNS阈值强度-持续时间曲线被广泛用于表征周期波形的刺激阈值,并用时间常数(Chronaxie)和基础电压(Rheobase)参数化。现行的MRI安全标准依赖单一的时间常数值来表征所有神经的反应。然而,实验结果显示外周神经的时间常数值相差一个数量级。由于观察到多样的时间常数值以及该值在MRI安全模型中的重要性,深入了解导致时间常数变异的机制变得至关重要。 论文来源 此研究成果由Natalie G. Ferris、Valerie Klein、Bastien ...

前运动阶段的脑电图帮助脑机接口识别运动意图

前运动阶段的脑电图帮助脑机接口识别运动意图 背景与研究目的 脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)是一项通过神经信号直接翻译人类意图以控制设备的技术,具有广泛的应用前景[1]。脑机接口有可能改变日常生活、娱乐、通信、康复以及教育等多个领域。然而,现阶段基于运动意图的脑机接口存在一些挑战,特别是前运动阶段的脑电图(EEG)特征不明显且容易受注意力影响,这制约了运动BCI性能的提升。 基于上述背景,河北工业大学健康科学与生物医学工程学院、可靠性与智能化电气设备国家重点实验室和天津生物电磁技术与智能健康重点实验室的Yuxin Zhang、Mengfan Li、Haili Wang、Mingyu Zhang和Guizhi Xu(通讯作者)针对如何在前运动编码时加入准备...

单次跨频率双焦点tACS调节健康年轻人和中风患者视觉运动网络活动

单次跨频率双焦点tACS调节年轻健康人群和中风患者视觉运动网络活动的研究报告 学术背景与研究意义 在神经科学研究中,神经振荡在调控脑区内和脑区间的通讯中扮演着重要角色。长距离相位同步化为跨区域通讯提供了基础,并且在调节信息处理流以适应认知需求方面具有重要作用。例如,α频段(8-13 Hz)被发现与视觉和触觉整合任务表现的提升相关,而高α频段的同步化则可以减少反应时间(Lobier,Palva & Palva, 2018)。这种现象在视觉系统尤其明显,α(8-13 Hz)和ɣ(>40 Hz)振荡的动态耦合,即相位振幅耦合(PAC),在促进有效神经处理方面起到了关键作用(Canolty et al., 2006; van Kerkoerle et al., 2014)。为此,跨频率(alpha-...

基于高频稳态视觉诱发场的视觉脑机接口

基于高频稳态视觉诱发场的视觉脑机接口

基于高频稳态视觉诱发场的视觉脑机接口 背景介绍 脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)技术通过解码特定的脑活动信号,使用户能够控制机器。尽管侵入性BCI在捕获高质量脑信号方面表现出色,但其应用主要局限于临床环境。而非侵入性方法,如脑电图(Electroencephalography, EEG),则为广泛应用BCI提供了更具可行性的途径。然而,由于脑脊液和颅骨的影响,EEG信号在传播过程中会变得非常微弱,且颅骨的差异性和各向异性导电性让定位EEG信号位置变得更加困难。 磁源成像(Magnetoencephalography, MEG)是一种非侵入性成像脑活动的方法,它在捕捉精细空间信息方面优于EEG。这种优势主要源自磁通量不会像电流那样受到衰减。然而,传统MEG...

迷走神经刺激增强髓鞘再形成并减少溶磷脂诱导脱髓鞘中的固有神经炎症

科学论文综合学术报告 研究背景 多发性硬化症(multiple sclerosis, MS)是一种炎性和退行性中枢神经系统(central nervous system, CNS)疾病,全球约有280万人受到其影响。这种疾病的病理机制主要与自体免疫介导的脱髓鞘和轴突切断有关,此外还涉及诸如线粒体缺陷、谷氨酸兴奋性毒性与氧化应激等神经退行性机制。中枢神经系统的先天性免疫系统,特别是以小胶质细胞(microglia)和星形胶质细胞(astrocytes)为主要成分的细胞,也在MS的发病机制中起着关键的作用。本文的研究旨在探索通过迷走神经刺激(vagus nerve stimulation, VNS)来改善MS中的脱髓鞘和神经炎症,特别是研究其对小鼠模型中的再髓鞘化和先天性神经炎症的影响。 研究来...

人类颈部迷走神经及其上心分支中的神经纤维特征,数量和空间组织

人类颈部迷走神经及其心脏上支神经纤维的特征、数量和空间分布 引言 在现代医学中,迷走神经刺激疗法(Vagus Nerve Stimulation, VNS)被广泛应用于治疗多种疾病,如癫痫、肥胖、抑郁症以及心脏疾病。尽管整体的迷走神经刺激方法已证明其有效性,但非选择性的全神经刺激常带来一系列副作用,限制了疗法的疗效,因此,深入了解迷走神经的神经解剖结构对开发更为精确的选择性刺激方法具有重要意义。 本研究旨在对人类颈部迷走神经的中段以及其心脏上支的神经纤维进行详细的特征分析,以期为优化迷走神经刺激策略提供基础数据,并减少其对患者可能带来的副作用。这一研究不仅能扩展基础解剖学知识,还可以挑战现有的关于自主神经系统和心脏神经支配的解剖学概念。 研究来源及作者介绍 本研究由Bettina Krons...

低功率无热经颅聚焦超声刺激在人类中持续减少本质性震颤发作

低功率无热经颅聚焦超声刺激在人类中持续减少本质性震颤发作

低功率无热经颅聚焦超声刺激在人类中持续减少本质性震颤发作 研究背景 本质性震颤(Essential Tremor, ET)是最常见的神经疾病之一,主要表现为双侧上肢动作性震颤,持续三年以上。对于药物治疗效果不佳的本质性震颤,往往采用神经外科治疗手段,如深部脑刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)和消融术。然而,DBS虽然是治疗各种运动障碍的金标准,但其侵入性和空间特异性有限,使得寻找更精确、更少副作用的治疗方法迫在眉睫。 近些年,经颅超声刺激(Transcranial Ultrasound Stimulation, TUS)作为一种非侵入性脑刺激技术,通过补偿颅骨畸变,可以在毫米级精度上进行定位,从而绕过DBS相关的侵入性手术程序,并克服经颅磁刺激(Transcran...

低频正弦磁场诱导的人类磁磷光感知的阈值和机制

电感磷光感知的阈值与机制 背景介绍 电磁场(Magnetic Field,简称MF)对人类身体的影响一直是科学研究的热点。极低频磁场(Extremely Low-Frequency Magnetic Field,简称ELF-MF)在日常生活中广泛存在,主要来源于电力线(50/60 Hz)和家庭电器。这些磁场在人体内会感应出电场和电流,进而可能调节大脑功能。一个特定现象——电磁磷光(Magnetophosphene),即由于磁场诱发的闪烁视觉感知,是国际电磁场暴露指导方针的基础之一。 电磁磷光现象早在1896年由法国医生Jacques-Arsène d’Arsonval首次观察到,该现象后来在一些小型非重复性研究中得到验证。近几十年来,关于电磁磷光的研究却相对较少,尤其是在家庭频率(即50 H...

听觉提示对帕金森病步态过程中STN活动短时尺度动态的调节作用

帕金森病(Parkinson’s Disease, PD)患者通常会经历步态障碍,这种障碍严重影响他们的生活质量。以往的研究表明,基底神经节的β频率(15-30 Hz)振荡活动可能与步态障碍相关,但这些振荡活动在步态过程中的确切动态信息尚不清楚。此外,已有研究发现音频提示可以改善PD患者的步态运动学,如果能更好地了解这一提示的神经生理机制,则可以通过自适应深部脑刺激(ADBS)技术治疗步态障碍。因此,本研究旨在描绘步态过程中丘脑下核(subthalamic nucleus, STN)振荡活动的动态特征,并探索音频提示调节步态的神经生理机制。 来源和作者信息 本文由Chien-Hung Yeh、Yifan Xu、Wenbin Shi、James J. Fitzgerald、Alexander ...