高效讀懂大腦運(yùn)動(dòng)意圖有望造福癱瘓病人 利用盡可能少的采集通道

在生活起居和社會(huì)活動(dòng)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(jìn)行靈活的肢體動(dòng)作表達(dá)。

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(dòng)作等，提取相應(yīng)特征即可對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)意圖展開預(yù)測(cè)識(shí)別。當(dāng)下，基于癱瘓病人腦電波信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)意圖的檢測(cè)已得到了深入而廣泛的研究，即讓受試者大腦進(jìn)行運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)，例如想象自己某一肢體的運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際該肢體保持不動(dòng)，受試者只是進(jìn)入單純的肢體運(yùn)動(dòng)想象場(chǎng)景，此時(shí)腦電波會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)特征，提取出此類特征即可展開受試者運(yùn)動(dòng)意圖的預(yù)測(cè)識(shí)別。

大多數(shù)科研人員專注于用盡可能多通道的腦電信號(hào)采集全面豐富的信息，并借用復(fù)雜的算法提取運(yùn)動(dòng)意圖特征，以加大意圖預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。但這樣的操作使信號(hào)采集變得繁瑣，而且包含大量冗余信息，增加了運(yùn)算的復(fù)雜度，不利于實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)品的便攜性和可穿戴性。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院孫金瑋教授和他的團(tuán)隊(duì)成員曹天傲、王啟松、劉丹、白鷗等人完成的一項(xiàng)科研課題“基于支持向量機(jī)—典型相關(guān)分析—通道篩選的運(yùn)動(dòng)想象通道選擇方法”，在保證運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別準(zhǔn)確率處于一定范圍內(nèi)的前提下，通過改進(jìn)典型相關(guān)分析，對(duì)所采集腦電信號(hào)的大量通道開展權(quán)重分析，逐一判斷每個(gè)通道對(duì)實(shí)際運(yùn)動(dòng)意圖預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的貢獻(xiàn)，并按照貢獻(xiàn)大小進(jìn)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(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別準(zhǔn)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(dá)到令人滿意的識(shí)別率。而當(dāng)通道數(shù)繼續(xù)增添時(shí)，準(zhǔn)確率無(wú)明顯變化甚至出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

相關(guān)論文12月14日在線發(fā)表在最新一期國(guó)際權(quán)威專業(yè)期刊《測(cè)量科學(xué)與技術(shù)》上，同時(shí)被收錄于英國(guó)皇家物理學(xué)會(huì)期刊平臺(tái)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中。專家認(rèn)為，這項(xiàng)理工醫(yī)相結(jié)合的研究成果為實(shí)現(xiàn)“意念控制”、造福癱瘓病人展現(xiàn)了光明前景。

專家評(píng)價(jià)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(hào)采集的基礎(chǔ)上另辟蹊徑，改進(jìn)并建立了一種腦區(qū)最佳通道選擇策略，在保證大腦運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別準(zhǔn)確性的同時(shí)，利用盡可能少的采集通道，以對(duì)頭腦中的運(yùn)動(dòng)想象動(dòng)作給予準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。研究者還探究了不同腦區(qū)在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)時(shí)的活躍程度，從而為癱瘓病人的日常生活與意圖表達(dá)提供了更加高效的輔助方式，有望讓“意念控制”夢(mèng)想成真。(通訊員衣曉峰記者李麗云)