[發明專利]復雜腦肌交互閉環功能網絡框架的構建方法

有效

• 申請號: 202210176343.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114569139B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 劉金標;魏依娜;馮琳清;唐弢;王麗婕
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: A61B5/369
• 分類號: A61B5/369;A61B5/372;A61B5/389;A61B5/397;A61B5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明提供了一種復雜腦肌交互閉環功能網絡框架的構建方法，涉及多模態信息融合領域。本發明通過腦功能網絡拓展，構建皮層?肌肉?皮層閉環拓撲網絡解釋人體運動控制系統中協同工作模式的變化，同時利用擴展的偏定向相干方法賦予區分因果關系的方向性特征，建立閉環網絡的功能連通性和有效連通性，以圖形可視化的方式客觀描述與肌肉活動相關的皮層網絡的動態演變過程，極大提升了電生理信息在評估患者上肢運動功能障礙上的應用價值。

技術領域

本發明涉及多模態信息融合領域，具體涉及一種大腦皮層-肌肉信息交互的閉環功能網絡框架構建方法。

背景技術

大腦皮層網絡的連通性分析已成為研究肢體障礙患者運動功能恢復過程中腦功能的重要工具。大量研究利用神經成像和電生理數據的功能連通性或有效連通性來探索宏觀大腦不同區域之間的相互作用及其對行為的影響，并證明腦功能的改變與運動功能的缺失和恢復有關。大腦網絡的這種系統視角允許對運動障礙的病理生理學有一個拓撲性質的理解，可能因此影響干預病理腦網絡的治療策略。

盡管有關運動功能受損的腦網絡連通性研究取得了長足進展，但關于與肌肉活動相關的皮質網絡的動態變化卻知之甚少，針對這些變化的認知可以增強對患者運動控制系統中協同工作模式變化的全面理解。

運動的產生是整個感覺運動系統協調工作的結果，并且耦合在一個復雜的反饋回路中。在關注大腦皮層網絡的同時，效應肌在運動控制中的作用也不能輕易忽視。腦肌功能耦合可以反映大腦皮層與肌肉活動之間的相互作用，肌肉之間的肌肉間耦合已被用作檢測皮質脊髓束變化的補充手段，兩者都是耦合估計方法的表征，它們主要利用各種相干模型對記錄的腦電和肌電信號進行量化，以部分刻畫運動控制系統的工作機制。

然而，現階段還沒有研究試圖將皮層-肌肉、肌肉間的信息交互整合到大腦皮層網絡中，以閉環系統的方式探索與肢體障礙患者運動功能相關的潛在機制變化。

發明內容

有鑒于現有大腦皮層網絡技術的上述缺陷，本發明提出一種新的神經系統網絡框架構建方法，來研究患者的皮層-肌肉-皮層網絡拓撲結構的動態運行模式。

本發明采用的技術方案具體如下：

一種復雜腦-肌交互閉環功能網絡框架的構建方法，包括以下步驟：

步驟1：合并采集記錄的腦電(EEG)和肌電(EMG)數據為N+M維的時間序列；其中，N為腦電數據的通道數，M為肌電數據的通道數。

步驟2：描述時間序列為多元自回歸過程，表示如下：

其中X_r(t)是時間序列，A_k為稀疏矩陣，p表示模型階數，k表示滯后變量，ε_r(t)表示白噪聲，并根據滯后變量k設0或非0值擴展為瞬時效應和滯后效應，獲得初始模型；

步驟3：基于Akaike信息標準評估初始模型的最佳模型階數，根據最佳模型階數對初始模型進行修正獲得多元自回歸模型；

步驟4：在滯后變量等于0時的瞬時效應下，對多元自回歸模型進行傅立葉變換，轉換到頻域并提取模型系數矩陣；

步驟5：根據步驟4提取的模型系數矩陣計算所有通道對之間的擴展偏定向相干值；

步驟6：采用因果傅里葉變換代理數據方法驗證每個腦肌通道對之間的擴展偏定向相干值在頻域中的統計顯著性，若不具有統計顯著性，則將對應腦肌通道對之間的擴展偏定向相干值修正為0；