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2023年 42卷 4期 刊出日期：2023-08-20 论著 综述 目录        目录 0 第42卷第4期目次 2023 Vol. 42 (4): 0- [摘要] ( 138 ) HTML (1 KB)  PDF (240 KB)  ( 317 )        论著 385 基于运动单元累计尖峰序列的脑肌耦合分析 苏佳豪, 佘青山, 张建海, 马玉良, 范影乐 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.001 脑肌耦合能够反映大脑皮层和肌肉在感觉运动之间的联系。针对传统表面肌电信号输入-输出非线性的问题,本研究提出一种新的脑肌耦合分析方法。将运动单元分解后能线性传输神经驱动的累计尖峰序列(CST)与脑电信号进行相干性分析,定量描述上肢抓握运动中不同收缩力水平下,不同频段特征的脑肌耦合强度和神经元的共同轴突输入。在10名健康人的指浅屈肌(FDS)和尺侧腕屈肌(FCU)的同步脑肌电数据进行了测试和分析。结果表明,在上肢抓握运动中,频段(F(4, 8)=337.2,P<0.01)与收缩力水平(F(2, 8)=12.15,P<0.01)均对肌间耦合影响显著,其中β与α频段最为明显,在30%MVC下,β频段相干性均值为0.23±0.10,α频段相干性均值为0.47±0.02。轴突共同输入控制收缩力水平。脑肌耦合整体强度较小,耦合强度最大的为β频段,30%MVC下相干性均值为0.12±0.02。CST脑肌耦合分析显示了脑肌间各个频段、各个收缩力水平的耦合特性和共同轴突输入,为脑肌耦合分析提供了一种新的方法。 2023 Vol. 42 (4): 385-393 [摘要] ( 400 ) HTML (1 KB)  PDF (3600 KB)  ( 323 ) 394 经颅直流电刺激对人体平衡脑网络特征的影响研究 蔡宏伟, 罗志增, 史红斐 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.002 经颅电刺激作为一种具有广泛应用潜力的神经调控技术,在人体平衡的研究方面仅停留在外在表现上,对人体平衡的神经调节影响机制尚不明确。脑功能网络是理解大脑功能和调节机制的有效手段,本研究提出经颅电刺激的人体平衡脑网络特征研究方法。招募24位被试在初级运动皮层施加伪/阳极/阴极经颅直流电刺激(tDCS),采集闭眼站立足底压力中心(COP)和脑电数据,对比分析COP特征和脑网络平均度、聚类系数、路径长度和全局效率等网络特征。结果表明,阳极tDCS致人体晃动频率变低,伪tDCS和阳极tDCS后的平均度、聚类系数、路径长度和全局效率分别为6.11±1.21、0.51±0.07、1.85±0.16、0.64±0.05和7.46±1.05、0.61±0.06、1.66±0.14、0.69±0.04,均存在显著性差异 (P<0.05);阴极tDCS致晃动频率变高,平均度、聚类系数、路径长度和全局效率分别为5.51±1.33、0.43±0.07、1.95±0.16和0.62±0.04,与伪tDCS后相比差异显著 (P<0.05)。研究表明,阳极tDCS有效激活运动皮层活性,增强全脑网络区间联系,提升了人体平衡能力;而阴极tDCS抑制了运动皮层活性,人体平衡能力趋弱。 2023 Vol. 42 (4): 394-402 [摘要] ( 232 ) HTML (1 KB)  PDF (2833 KB)  ( 246 ) 403 基于长期电子游戏训练的注意力增强及其神经可塑性 白彬楠, 田晓燕, 崔瑞芳, 郝心杨, 林历祺, 宫殿坤, 余贞侠, 郜东瑞 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.003 已有研究表明动作类视频电子游戏训练能够改善人的多种认知能力,但目前电子游戏训练游戏类型单一、训练时间短。为了填补这一空缺,针对多种类型电子游戏长时间训练提高注意力展开研究。本研究将176名健康的大学本科生随机分为训练组接受为期5个月的游戏训练。采用当今流行的三款游戏,受试以所进行游戏的简称分组,分别为GSGO组、LOL组和SGS组。训练期间每一个月完成3种行为任务,评估注意能力,并在训练前后各采集1次脑电数据计算脑功率谱能量,以评估长期电子游戏训练后脑功能状态的变化。结果发现,经过5个月的游戏训练后,各训练组θ频段功率谱能量显著提高,并在顶叶存在显著差异(F=3.13,P<0.05)。LOL组及SGS组的α频段功率谱能量在所有皮层都显示出下降的趋势,但CSGO组经训练后,在额叶(t=2.43,P= 0.02)、顶叶(t=2.28,P= 0.03)及中央区域(t=2.48,P = 0.02)表现出显著的α1同步。各训练组R3频段功率谱能量在额、顶叶存在显著的组间差异(F=3.69,P=0.03),其中LOL组与SGS组的R3频段功率谱能量相比训练前均显著提高(P<0.05),说明长期电子训练可以诱发注意力水平的提升,且不同类型游戏训练后的效果有差异。行为任务的评估结果支持了相同的结论,第1月的训练结束后,各训练组在分散式空间注意能力的成绩都显著提高(P<0.05),CSGO组提升了11.12%,SGS和LOL组分别提升了9.68%和15.66%。LSD多重比较后显示CSGO组训练期间的成绩要显著好于SGS组(P=0.01),前月的训练结束后,LOL组的集中式空间注意能力要显著好于CSGO组(P=0.02)。研究证明,电子游戏因果性地增强了注意力的可塑性,动作类电子游戏相比休闲类游戏训练有更好的注意能力增强效果。研究结果对评估电子游戏训练和干预效果,具有一定参考价值。 2023 Vol. 42 (4): 403-410 [摘要] ( 301 ) HTML (1 KB)  PDF (2175 KB)  ( 377 ) 411 经颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究 黄福鑫, 孙曜, 李景琦, 罗志增 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.004 经颅直流电刺激(tDCS)作为一种新兴的非侵入式脑刺激技术,可以增强皮层兴奋性从而促进运动功能康复。然而在运动功能康复训练中,该技术刺激时长参数设置的标准尚未明确。在刺激直流电强度保持1.5 mA恒定的情况下,通过采集脑电信号,研究阳极tDCS时长对大脑皮层运动区活跃度的影响。选择11名健康受试者接受基于以往实验经验值的3种不同时长(10、15、20 min)C3区阳极刺激,并在此基础上增加一种25 min的同模式刺激实验。在刺激前后分别采集脑电信号,测量C3区mu和beta节律在静息态和运动想象时的事件相关去同步下的功率谱密度两个特征参数,并计算平均值,比较4种不同时长的阳极刺激对大脑皮层运动区活跃度的影响。结果显示,mu和beta节律在不同时长刺激前后功率谱密度(μV2/Hz)的变化量分别为10 min: 2.835±0.842, 15 min: 3.975±0.978, 20 min: 7.022±1.562, 25 min: 1.413±1.329和10 min: 0.890±0.421, 15 min: 1.645±0.630, 20 min: 3.122±0.710, 25 min: 0.321±0.259;mu和beta的事件相关去同步变化量(%)分别为10 min:10.06±2.81, 15 min: 14.11±2.87, 20 min: 22.12±4.67, 25 min: 3.77±3.03和10 min: 6.72±3.19, 15 min: 11.78±5.02, 20 min: 17.81±3.16, 25 min: 2.54±2.30。研究表明,在3种经验值范围内,刺激时间越长,脑运动皮层活跃度越强,且存在显著性差异(P<0.05),但继续延长刺激时长反而导致脑运动皮层活跃度降低。本研究结果有望为基于tDCS技术的运动功能康复训练的刺激时长设置提供有意义的参考。 2023 Vol. 42 (4): 411-419 [摘要] ( 211 ) HTML (1 KB)  PDF (3263 KB)  ( 187 ) 420 基于扩散加权成像的表观纤维密度重测信度研究 骆义超, 严经国, 陈元园, 范秋筠 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.005 扩散加权成像已广泛应用于人脑白质组织的量化研究。表观纤维密度(AFD)是基于纤维取向分布函数(FOD)的量化指标,可以反映白质组织纤维相对密度,在健康发育和退行性神经系统疾病研究中已得到初步应用。然而,AFD的测量高度依赖实验参数设置,其在不同实验条件下的重测信度尚未有系统性评估。本研究采用人脑连接组计划(HCP)和Connectome Diffusion Microstructure Dataset(CDMD)两个独立数据集中共42位受试者的两次重复实验数据,通过基于纤维束单元的分析(FBA)方法计算纤维束单元(fixel)水平的AFD值,采用TractSeg进行纤维束分割,计算纤维束平均AFD,研究AFD在不同扩散加权值(b值)条件下的重测信度。结果显示,对于HCP数据集中的数据(n=35),在fixel水平上,AFD检测值在两次重复实验间的皮尔逊相关系数(r)和组内相关系数(ICC)随着b值增加,分别从0.796 9和0.898 5升高至0.882 8和0.941 4,绝对偏差从0.124 1减小至0.107 3。对于CDMD数据集中的数据(n=7),也存在相似的变化趋势。在纤维束平均水平上,两个数据集中的AFD值在各b值条件下均具有较高可重复性。本研究评估了b值在1 000~5 000 s·mm-2范围内AFD检测值的可重复性,有望为AFD测度在未来神经生物学应用研究中提供实验设计参考依据。 2023 Vol. 42 (4): 420-430 [摘要] ( 213 ) HTML (1 KB)  PDF (6094 KB)  ( 118 ) 431 LMD-UNet网络在脑肿瘤多模态MRI图像分割中的应用 夏景明, 谈玲, 梁颖 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.006 UNet网络中编解码器对应的特征图之间存在语义鸿沟,其双卷积层无法学习多尺度信息,造成部分特征信息丢失,影响MRI图像分割效果。针对这一缺陷,本研究提出一种新的图像分割网络局部残差融合多尺度双分支网络LMD-UNet。在编码流程,网络采用局部特征残差融合密集块和多尺度卷积模块,扩大影像感受野并优化底层视觉特征的传播;在解码流程,网络采用双分支卷积的方式生成新的高级语义特征,以此来重建编码路径中损失的信息。利用公开脑肿瘤数据集BraTs的335例病例做分割实验,并将分割结果与现阶段主流分割网络UNet进行对比。结果显示,LMD-UNet模型的Precision、Dice、95%HD、Recall等4项客观评价指标分别达到0.933、0.921、0.702和0.966,相较于UNet,对应指标分别提升了6.3%、5.7%、1.8%和6.1%。研究表明,LMD-UNet能够实现更精细的脑肿瘤图像分割。此外,所提出的方法对于细节部分边缘轮廓的分割也有较好的效果,能够为脑肿瘤诊断和手术提供保障。 2023 Vol. 42 (4): 431-441 [摘要] ( 250 ) HTML (1 KB)  PDF (4195 KB)  ( 306 ) 442 多通道稀疏图变换网络用于早期阿尔茨海默病识别 邱雅利, 朱云, 余双至, 宋雪刚, 汪天富, 雷柏英 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.007 目前阿尔茨海默病(AD)尚无有效的防治方法, 早期临床干预可以延缓其进展,改善预后。然而现有的方法只考虑从群体关系中学习到的神经影像学特征而不考虑被试的个体特征。本研究设计了一种新颖的多模态多通道稀疏图变换网络(MSGTN)以期实现早期AD识别。首先, 获取并处理每个被试者的影像信息[如弥散张量成像(DTI)和功能磁共振成像(fMRI)等]以及其相应的非影像信息(如年龄、性别等);其次,利用局部加权聚类系数(LWCC)将功能信息和结构信息进行融合,并将已融合的多模态影像特征与受试者的性别和年龄信息相结合来构建稀疏图;最后,将构建的稀疏图输入所设计的MSGTN网络模型用于早期AD识别。从公共数据库ADNI上获得共170个受试者,其中38个晚期轻度认知障碍(LMCI)患者,44个早期轻度认知障碍(EMCI)患者,44个显著记忆下降(SMC)患者和44个正常对照(NC)。结果表明,SMC与NC的准确度为87.02％,EMCI与NC的准确度为87.40％,LMCI与NC的准确度为91.49％,SMC 与 EMCI的准确度为88.93％、SMC 与LMCI的准确度为86.74％、EMCI 与 LMCI的准确度为92.12％。所提出的诊断模型不仅能够分析出NC与3种不同早期AD疾病状态,而且在3种不同早期AD疾病状态中也取得了优越的分类性能。 2023 Vol. 42 (4): 442-452 [摘要] ( 215 ) HTML (1 KB)  PDF (4076 KB)  ( 124 ) 453 基于多特征融合的药物疾病关联预测模型构建 康宏宇, 李勤, 李姣, 顾耀文, 侯丽 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.008 构建基于药物多特征融合的药物疾病关联预测模型,为药物知识发现提供新思路。借助药物的化学结构、药物-副作用关联、药物-靶标关联的3个特征,构建融合的药物综合相似度及基于MeSH的疾病语义相似度特征表示方法。利用图卷积神经网络模型抽取药物-疾病图数据特征信息,构建基于多特征融合的药物疾病关联预测模型(MFFGCN),进而实现未知的药物疾病关联发现。利用269种药物、598种疾病及其之间的18 416种关联关系,对药物疾病存在的未知关联进行预测,借助AUC、AUPR、准确率、灵敏度、召回率、F1等多个评价指标进行评价。结果表明,多特征融合的药物疾病关联预测方法的AUC指标为0.866 2,较单一特征的平均预测指标最大相对提升为2.48%,较4种代表性基线方法的指标最大相对提升为1.67%;AUPR指标为0.341 2,较单一特征预测结果最大相对提升为1.67%,较4种代表性基线方法提升27.49%。对预测结果中药物-疾病预测关联得分中排名前10的组合及阿霉素为例的单一药物预测组合进行文献研究验证、临床治疗验证,同样证明MFFGCN在未知的药物疾病关联预测上表现良好,能有效地发现药物的新适应症,为药物重定位提供方法借鉴和理论依据。 2023 Vol. 42 (4): 453-460 [摘要] ( 282 ) HTML (1 KB)  PDF (1905 KB)  ( 249 )        综述 461 高频心电技术研究进展 邢彦涛, 李嘉懿, 肖志军, 李建清, 刘澄玉 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.009 心电图的发明为心血管疾病的诊断、预防与治疗提供了丰富的信息,然而心电图背后的信息却远不止这些。新一代高频心电技术能够挖掘更深层次的人体生理信息,进一步弥补常规心电在心肌缺血诊断以及自主神经系统状态评估上的不足。从高频心电技术的原理及发展历史出发,分别在信号传感、采集系统、信号去噪以及特征工程等4个方面对高频心电的关键技术进行综述。基于这些技术的发展,进一步总结高频心电技术在心肌缺血和自主神经系统状态评估方面的临床实践和应用成果,并对高频心电在实际应用中的技术局限及未来发展进行分析与讨论。 2023 Vol. 42 (4): 461-474 [摘要] ( 279 ) HTML (1 KB)  PDF (4069 KB)  ( 223 ) 475 基于神经影像的深度学习模型可解释性方法在阿尔茨海默病识别中的应用 王佳荣, 柯铭, 董占国, 王路斌, 李椋 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.010 阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病,至今其发病机制尚不明确,且无有效治愈方法。AD对家庭和社会造成严重的生活与经济负担,研究表明及时预防和干预能够延缓AD的发生与发展,其早期筛查与诊断具有重要意义。目前,基于神经影像模型的AD预测已有了快速发展。首先,总结基于深度学习技术的AD预测模型,并从模型结构、数据规模以及局部和全局脑区等3个方面进行对比分析,指出其中的三维卷积神经网络模型性能最优,数据规模的持续扩增也有助于提升模型性能;然后,对目前神经影像模型的可解释性方法进行总结,对比基于敏感性分析和反向传播的可解释性方法在AD识别中的优势和缺陷,指出以反向传播为代表的可解释性方法更适合于AD研究;最后,针对研究现状,指出实现语义化的医学影像分析以及生成可理解的诊断报告将是下一步的发展方向。 2023 Vol. 42 (4): 475-485 [摘要] ( 295 ) HTML (1 KB)  PDF (1815 KB)  ( 607 ) 486 人-机-环境共融的智能假肢膝关节研究进展 汪晓铭, 黎林荣, 陈长龙, 孙洁, 张哲文, 孟巧玲, 喻洪流 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.011 智能假肢膝关节作为下肢假肢中最重要的部件,是一种人-机-环境高度共融的复杂系统,解决此共融系统中的关键科学问题是实现假肢穿戴者步态自然柔顺的必要条件。以仿生设计、智能感知和智能控制这3个主要研究方向为切入点,综述智能假肢膝关节的研究进展。仿生设计的重点在于如何通过仿生结构与驱动设计,使假肢关节拟合人体关节驱动/阻尼代偿机制;智能感知聚焦于如何建立人-机-环境交互通道,实现人体运动意图识别与人机协同任务中的混合决策;智能控制主要关注如何在动态环境中调整假肢运动或驱动策略,使假肢更接近于人体正常的步态特征。最后,探讨智能假肢膝关节在人-机-环境共融研究中的发展方向与挑战,其中研究重点包括主被动混合代偿驱动、人体自主使能控制以及人-机-环境双闭环交互。 2023 Vol. 42 (4): 486-501 [摘要] ( 190 ) HTML (1 KB)  PDF (3530 KB)  ( 189 ) 502 多能干细胞向造血细胞定向诱导分化的研究进展 李艳伟, 单威, 刘丽, 黄琼, 方三华 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.012 造血干细胞(HSC)移植是血液系统疾病最有效的治疗手段。现阶段,同种异体HSC移植和同种自体HSC移植已在临床被广泛采用,但仍存在不少难题,如:异基因移植物抗宿主发病(GVHD)难题,以及自体HSC移植数量限制等。多能干细胞(PSC)具备在体外自主更新的潜力,多向分化和形成人体所必需的HSC,PSC包含诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞(ESC)。由于不清楚PSC向HSC分化的内在调节机制和外在调节机制,导致PSC向HSC诱导分化的效率低下,且难以获得机体自身造血功能的HSC等。为此,综述PSC造血分化过程的研究进展。以小鼠体内胚胎造血发生为切入点,利用体外PSC造血分化研究平台,阐述PSC向HSC的内源性分子调控事件,包括转录因子和信号通路介导的造血调控;外源性分子调控事件,包括基质细胞、细胞因子以及新型生物材料等参与的造血调控。同时指出PSC向HSC/HSPC功能移植应用存在问题,为PSC向HSC体外分化研究,为实现PSC来源的HSC以及下游血液细胞的临床转化应用提供依据。 2023 Vol. 42 (4): 502-512 [摘要] ( 282 ) HTML (1 KB)  PDF (2309 KB)  ( 504 )

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