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2023年 42卷 5期 刊出日期：2023-10-20 论著 综述 简讯 目录        目录 0 第42卷第5期目次 2023 Vol. 42 (5): 0-0 [摘要] ( 57 ) HTML (1 KB)  PDF (246 KB)  ( 17 )        论著 513 难治性幻听精神分裂症患者静息态脑电特异性特征分析 刘爽, 廖婧萌, 王孝娟, 李美娟, 高营, 李洁, 明东 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.001 精神分裂症是一种严重危害人类身心健康的重性精神疾病,幻听是其核心症状之一,约有30%的幻听患者经药物治疗后仍无法痊愈,称为难治性幻听(RAH)。为探究难治性幻听的形成机制及患者的大脑活动特点,30名难治性幻听患者与30名非难治性幻听患者(NRAH)被纳入研究。采用8 min睁闭眼静息范式,任务同时采集被试64导静息态脑电数据,接着通过功率谱和源定位分析分别计算了两组被试的静息脑电6个频段的绝对功率和皮层脑电分布情况。结果显示,δ频段在右侧颞上回、颞中回、颞上沟、角回处较NRAH组有更强激活,但全脑平均功率显著低于NRAH组(p(RAH)=64.05±116.82, p(NRAH)=110.40±125.56, P<0.01);低γ频段(p(RAH)=7.14±14.88, p(NRAH)= 8.99±10.13, P<0.05)和高γ频段绝对功率(p(RAH)=11.46±17.48, p(NRAH)=30.12±46.88, P<0.01)也显著低于NRAH组,且二者在颞中回、颞上回到颞顶叶、额顶叶交界处激活强度和范围均低于NRAH组,且缺少NRAH组所存在的偏侧化现象。综上,δ频段、低γ频段和高γ频段可能为难治性幻听的潜在生理指标,且难治性幻听的形成机制可能与慢波(尤其是δ频段)在颞叶的过度激活和高频振荡(尤其是γ频段)在颞叶的失活有关。本研究的结果可为探究难治性幻听患者的脑活动特点和难治性幻听的患病机理提供有效的客观依据,具有一定的理论意义和临床价值。 2023 Vol. 42 (5): 513-519 [摘要] ( 146 ) HTML (1 KB)  PDF (4135 KB)  ( 128 ) 520 前庭直流电刺激对脑电静息态功能网络的影响 耿跃华, 李超然, 徐桂芝 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.002 建立基于脑电信号的静息态功能网络,探讨不同强度的前庭直流电刺激对静息态脑功能网络连接的影响,从脑电连通性和拓扑结构的角度揭示前庭直流电刺激调节前庭性功能紊乱的作用机制。选取30名被试,实验组分别施加0.5、1、2 mA的前庭直流电刺激,对照组施加伪刺激,采集不同电流强度刺激前后的静息态脑电信号,使用皮尔逊相关系数法构建关联矩阵,构建阈值为0.44时的脑网络拓扑连接图,研究0.44~0.84阈值范围内的脑网络拓扑属性,探究0.5、1、2 mA的前庭直流电刺激对脑网络的影响。结果显示,与施加伪刺激相比,1 mA的前庭电刺激效果最显著。1 mA的前庭电刺激后脑网络的聚类系数、节点度、全局效率、特征路径长度分别为0.296±0.014、0.299±0.014、0.301±0.014、0.299±0.012,伪刺激后这些指标分别为0.309±0.023、10.760±1.502、0.296±0.014、0.547±0.018,两者相比,各项指标均具有统计学差异(P＜0.05)。前庭直流电刺激可能改变大脑的脑网络连接及脑网络拓扑属性,提高脑区间信息传递效率、提升信息传输速度、增强功能连接强度。本研究为前庭疾病治疗中对脑功能网络活动的有效干预提供了新思路。 2023 Vol. 42 (5): 520-528 [摘要] ( 153 ) HTML (1 KB)  PDF (10297 KB)  ( 32 ) 529 联合双映射域适应与图半监督标签估计的脑电情感识别方法 李文政, 王文娟, 彭勇, 孔万增 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.003 源自中枢神经系统活动的脑电信号具有不易伪装性而被广泛应用于情感识别领域,但非稳态及微弱等特性导致其存在个体差异性。为适应不同被试之间的数据分布差异,迁移学习被引入脑电情感识别领域。但现有方法一方面未实现域适应与标记估计的有效协同,另一方面仅关注识别精度与数据分布忽略了共享子空间的属性发掘。针对上述问题,本研究提出一种联合双映射域适应与图半监督标签估计的脑电情感状态识别方法。通过在SEED-IV情感数据集进行跨被试情感识别效果验证。该数据集为15名受试者在3个不同时段(Session1, Session2, Session3)播放具有明显情感倾向的影片进行脑电数据采集。结果显示,所提出的方法对SEED-IV中3个时段数据的平均识别精度(77.7%、78.5%、79.6%)均优于现有多种迁移模型,较经典的联合域适应(JDA)方法的平均识别精度有大幅提升(Session2:53.7% vs 78.5%);较新近提出的模型也有最低8.9% (Session2 vs MEKT)的精度提升。此外,通过特征重要性的角度对共享子空间蕴含的脑电情感激活模式进行发掘,并结合频段权重平均结果显示,相较于其他4个频段γ频段具有较高的重要性,并通过单向方差分析验证了与其余4个频段的显著性差异(P<0.05);脑地形图呈现的结果发现,(中央)顶叶脑区权重高于其他脑区。所进行的研究对于脑电情感激活模式的学习分析提供了参考。 2023 Vol. 42 (5): 529-541 [摘要] ( 123 ) HTML (1 KB)  PDF (11583 KB)  ( 114 ) 542 基于行为与事件相关电位的机器学习重度抑郁识别研究 侯峰, 张明, 蔺向彬, 张威, 马榕 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.004 重度抑郁症 (MDD) 是一种由于先天基因异常或后天环境突变等多种因素导致的心境障碍,对患者的日常生活及社会经济均会造成严重损害。因此,寻找更为有效且客观的辅助诊断生理指标以及更为有效的MDD辅助诊断方法对其早期诊断与防治具有重大现实意义。本研究基于情绪脸-词Stroop任务,通过采集被试的行为数据及事件相关电位(ERP)数据,使用传统机器学习、集成学习及深度学习方法对31名重度抑郁患者和31名健康对照个体进行研究,以准确率(ACC)、F1分数(F1-score)、召回率(Recall)、特异率(Specificity)、阳性预测值(PPV)及阴性预测值(NPV)等6个指标作为不同分类方法的评价指标,按照7:2:1的比例将数据集随机划分为训练集、验证集及测试集。该过程被重复10次,最终的分类结果为10次的平均值±标准差。重度抑郁识别所使用的卷积神经网络(CNN)可以从数据中自动学习和提取特征,在重度抑郁识别正确率达89.76% ± 19.18%;基于ERP数据的研究发现,CNN在6个指标下均得到了最优结果,其中重度抑郁识别正确率达90.71% ± 14.17%;所提出的基于行为及ERP数据的多模态深度学习神经网络-行为脑电并行时序卷积神经网络 (BEPTCNN),其在重度抑郁识别中准确率可达95.48% ± 7.31%。行为及ERP数据均可作为重度抑郁辅助诊断的有效生理指标,所提出的BEPTCNN模型有望成为重度抑郁诊断辅助方法。 2023 Vol. 42 (5): 542-553 [摘要] ( 149 ) HTML (1 KB)  PDF (5723 KB)  ( 233 ) 554 基于多模态特征组合的真实驾驶疲劳状态识别 王琳, 王宏, 付荣荣, 尹晓伟, 刘劲涛 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.005 对驾驶员在驾驶过程中的疲劳状态进行实时准确的预判,可减少由于驾驶疲劳引发的交通事故。首先,通过无线体域网采集了12名驾驶员在真实驾驶过程中的多模态特征,提取了脑电、肌电、呼吸等3种生理信号的特征参数近似熵,其中基于畸变能密度理论(DED)确定肌电信号的采集位置为颈6棘突旁开2 cm处的上斜方肌;然后,通过模糊C聚类方法分析了3种特征参数组合对疲劳状态的反映效果;最后,建立基于马氏距离理论的真实驾驶疲劳判别模型。研究结果表明,驾驶员颈6部位比颈7部位肌电信号的ApEn值显著下降(P<0.05),表明颈6处肌肉比颈7处肌肉对驾驶员的疲劳状态反映更为敏感,实际检测结果与畸变能密度理论计算结果一致,证明了该位置提取肌电信号的正确性和准确性;脑、肌、呼吸这3种生理信号的ApEn值均随驾驶时间的延长呈递减变化,驾驶约90 min时递减趋势变缓,表明驾驶员进入疲劳状态;通过模糊C聚类分析可知,当脑电与肌电ApEn组合时,清醒与疲劳的概率分布界限清晰,可有效反映驾驶疲劳状态;以脑电和肌电近似熵为自变量,基于马氏距离理论建立真实驾驶过程的疲劳判别模型,其测试集准确率达90.92%,表明该模型能够比较准确的判别出驾驶员的疲劳状态。 2023 Vol. 42 (5): 554-562 [摘要] ( 145 ) HTML (1 KB)  PDF (3469 KB)  ( 378 ) 563 睡眠呼吸暂停综合症患者脑电微状态发生改变 熊馨, 杨鑫亮, 罗剑花, 易三莉, 贺建峰 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.006 睡眠呼吸暂停综合症(SAS)是一种常见的睡眠障碍,传统上往往采用时频分析等方法研究其脑电信号的异常,都忽略了睡眠脑电的空间位置信息和特征的差异。采用微状态分析的方法,分别对健康人和SAS患者5个睡眠阶段(W、N1、N2、N3、REM)的脑电进行分析,探究SAS患者睡眠脑电特征在时间和空间上的差异。选取66名SAS患者和10名健康人的睡眠脑电,计算W-REM的全局场功率(GFP)并取GFP峰值数据进行聚类。得到4个微状态,这4个微状态地形图分别呈现为右额左后(A)、左额右后(B)、额枕中线(C)和额中线(D),并且计算微状态参数(出现频率、平均持续时间、覆盖率)。此外,还计算了微状态序列的静态属性[全局方差(GEV)],动态属性(熵率),转换概率和转移矩阵的对称性。最后,用Hurst指数来评估微状态序列的远程相关性。在W-REM阶段,健康人和SAS患者的出现频率、平均持续时间、覆盖率、GEV、转换概率、熵率、Hurst指数均存在显著差异(P<0.05)。转移矩阵均具有对称性(P>0.01)。Hurst指数均大于0.5,具有远程相关性。与健康人相比,SAS患者W-N3阶段微状态B、C的持续时间降低。SAS患者GEV的SUM大于健康人,说明SAS患者大脑活跃度更高。W-N3阶段健康人的Hurst指数逐渐减小,长期记忆减弱,而SAS患者从N1-N3阶段 Hurst指数逐渐减小。每个睡眠阶段健康人的熵率都大于SAS患者,携带的脑电信息较少。 2023 Vol. 42 (5): 563-571 [摘要] ( 143 ) HTML (1 KB)  PDF (2314 KB)  ( 227 ) 572 基于ECG的可电击复律心律自动判别算法研究 郑越, 侯星宇, 邬小玫 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.007 体外自动除颤器(AED)是挽救心脏骤停(SCA)患者生命的重要设备。可电击复律心律自动判别算法(SAA)是AED的核心技术。本研究在构建包括8 s的2 024段可电击复律心律(SHR)心电图(ECG)和7 884段不可电击复律心律(NSHR)ECG数据集的基础上,提出了一种基于机器学习的SAA。首先提取ECG的时域、频域、复杂度相关的32个特征,经筛选得到6个有效特征;之后用支持向量机实现SHR和NSHR自动分类。根据500次按患者随机分组的实验,敏感度、特异性、准确率的均值±标准差分别为97.62%±0.18%、99.15%±0.04%、98.79%±0.08%。所提出的SAA符合美国心脏病协会对AED中SAA敏感度超过90%,特异性超过95%的要求,可作为AED算法模块进行SHR的自动判别。 2023 Vol. 42 (5): 572-582 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB)  PDF (1332 KB)  ( 225 ) 583 基于MRI与优化3D-ResNet18的鼻咽癌复发预测模型 李炯逸, 李彬, 邱前辉, 刘遗斌, 田联房 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.008 鼻咽癌的治疗后复发是导致治疗失败的重要原因,同时也对患者的生活质量、治愈率甚至生存率产生严重的不利影响。因此,实现鼻咽癌复发情况的有效预测对患者的预后具有积极作用。磁共振成像(MRI)具有软组织高分辨率功能,是鼻咽癌的首选检查手段。鼻咽癌在MRI中的影像表现存在较大差异,病变组织灰度不均匀且界限模糊,基于MRI的鼻咽癌病灶手工标注的难度大、成本高、准确性存在局限;而自动分割准确率也欠佳,导致依靠鼻咽癌病灶精确分割的浅层影像特征提取和计算精度较低,以致基于影像组学特征工程和传统机器学习方法的鼻咽癌复发预测模型性能不佳。对此,本研究提出一种基于MRI和Nesterov加速梯度优化3D-ResNet18的鼻咽癌复发预测模型。通过距离正则化水平集和均衡化增强的鼻咽癌MRI病灶自动检测,自动获取去冗余的增强影像数据,基于Nesterov加速梯度算法优化的改进3D-ResNet18网络模型,提取鼻咽癌深度特征并实现复发预测,为病人的治疗方案提供指导。研究在140例鼻咽癌患者的MRI影像上展开并完成模型训练与交叉验证分析。改进模型的敏感性、特异性和准确率分别为80.0%、64.6%和72.3%,AUC值为0.75,同条件下分别对比3D-ResNet10模型和Momentum优化方法的配对t检验P值分别为0.040和0.006,所改进模型具有显著优势。基于MRI和优化3D-ResNet18的鼻咽癌复发预测模型可实现鼻咽癌复发的有效预测。 2023 Vol. 42 (5): 583-593 [摘要] ( 99 ) HTML (1 KB)  PDF (4862 KB)  ( 259 ) 594 各向异性导电性能的柔性应变传感电子皮肤 郎博, 张雪慧, 武晓刚, 王艳芹, 陈维毅 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.009 具有生理信号智能传感功能的电子皮肤(e-skins),因其在智能机器人、人机界面和可穿戴医疗系统等方面的广泛应用前景而备受关注。因此,构建具有各向异性导电性能的电子皮肤,从而拓宽柔性传感电子皮肤的应用范围至关重要。本研究以柔性聚乙烯醇(PVA)为水凝胶基底材料,利用磁感应技术诱导具有电、磁性能的纳米复合物Fe3O4@MXene在PVA网络中取向排列,构筑了具有各向异性导电性能的Fe3O4@MXene/PVA复合水凝胶。结果表明,当PVA聚合物的交联度为1.5%,PVA质量分数为8 wt%时,Fe3O4@MXene/PVA复合水凝胶的拉伸模量达到19.49 kPa,断裂应变达到237%,所得凝胶的力学性能最优;当Fe3O4@MXene的质量分数为0.064 wt%时,所得凝胶的导电性能最优,且该凝胶在平行于纳米复合物取向方向的电导率达到0.415 S/m,垂直于纳米复合物取向方向的电导率为0.319 S/m。最后,验证了该复合水凝胶作为电子皮肤,用于实现人体手腕关节弯曲角度实时监测的可行性。该电子皮肤接近人体组织的各向异性形态及结构,在生物医学和电子传感等相关领域具有广阔的应用前景。 2023 Vol. 42 (5): 594-602 [摘要] ( 107 ) HTML (1 KB)  PDF (8012 KB)  ( 160 )        综述 603 脊髓电刺激治疗帕金森病步态冻结症状的电生理学研究进展 李梓赟, 李继平, 魏婧 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.010 步态冻结(FoG)是帕金森病(PD)的一种严重症状,发病率高,且严重影响患者的生活,目前尚无理想的治疗方法。脊髓电刺激(SCS)是对脊髓进行电刺激的一种治疗手段,具有创伤小的优势。从SCS技术改善FoG的电生理学治疗机制角度,首先介绍FoG的异常解剖结构机制,其次从皮层和深脑层面综述FoG的异常电生理学研究进展,然后从临床和动物模型两个角度综述SCS调控FoG的电生理学机制,最后总结目前SCS存在的局限性与不足,进一步探讨SCS用于治疗FoG的应用前景、可能的改进方向以及未来的发展趋势。 2023 Vol. 42 (5): 603-609 [摘要] ( 136 ) HTML (1 KB)  PDF (814 KB)  ( 249 ) 610 水生动物机器人的研究现状与进展 彭勇, 张慧, 赵洋, 赵政, 问育栋, 韩领军 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.011 生物机器人是人类通过控制技术施加干预信号调控生物行为,从而实现人类可操控的生物,是融合多学科和多专业理论与技术的产物。由于水生动物具有运动灵活、活动隐蔽、适应环境、自主供能等突出的优势特性,而成为水生动物机器人的研发对象,更具科学研究意义与实际应用价值。根据神经科学理论和国际常用的生物控制方法,介绍刺激感受器、刺激神经中枢和刺激效应器等3种类型的水生动物机器人,综述其控制方法及机制,阐述其中的控脑技术,并就发展趋势进行展望。 2023 Vol. 42 (5): 610-616 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB)  PDF (3063 KB)  ( 158 ) 617 空气中病原微生物气溶胶采样技术和采样器的研究进展 王雪丽, 傅博强, 王磊, 刘昆, 王晶, 马旭 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.012 空气中病原微生物气溶胶是呼吸道病原传播的重要载体,研发高效、快速、安全的采样技术和采样器成为该领域近年来研究的热点,其对防控病原微生物及其传播有重要意义。从气溶胶采样技术的原理、采样器的类型及其优缺点以及采样器的性能评价等方面,对现用的符合空气中病原微生物气溶胶的采样技术和采样器进行了分析和比较,然后综述和讨论了最新技术发展趋势、面临的问题和挑战,并进行了展望。 2023 Vol. 42 (5): 617-625 [摘要] ( 116 ) HTML (1 KB)  PDF (1996 KB)  ( 204 ) 626 骨修复中可吸收材料降解行为的研究进展 马静, 苏秀云, 唐斌, 王林, 裴国献 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.013 可降解骨植入物因可避免骨修复后植入物取出的二次手术,或减少永久性植入物存在的炎症等问题,备受临床医生和研究者们的关注。然而,用于构建植入物的生物材料因其固有属性而存在降解太快或太慢、机械性能或成骨能力不足等问题,从而限制了其临床转化应用。为了解决现有可降解植入物在临床应用中的瓶颈,学者们通过表面功能涂层修饰、晶体结构或多孔结构优化、功能元素/小分子掺杂等方式,以调控生物材料的降解行为和成骨能力。综述可降解植入材料(包括金属、生物陶瓷、天然聚合物和合成聚合物)的降解机制、降解行为的调控方法及其对力学性能和骨再生的影响,以期为开发降解行为依附于新生骨形成的新型可降解骨植入材料提供参考。 2023 Vol. 42 (5): 626-635 [摘要] ( 132 ) HTML (1 KB)  PDF (5082 KB)  ( 242 )        简讯 636 基于多层丝网印刷柔性生物电干电极的单导联心电胸带 姜宇琛, 张月, 茶兴增, 苏叶, 赖大坤 DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2023.05.014 针对日常生活中对可穿戴、低噪声心电检测以及复杂心律失常的院前、院后监测管理的迫切需求,本研究探讨了一种新型基于多层丝网印刷柔性生物电干电极的单导联心电胸带。首先,分析了基于导电银浆聚合物的柔性干电极材料与皮肤接触的生物电检测等效电路模型;然后,采用丝网印刷技术将热塑性聚氨酯(TPU)、导电墨水(银浆)及可拉伸密封材料等分层印刷在普通织物基底上,并制备形成由两个测量电极和一个参考电极构成的单导联条形心电采集胸带。为了评估该单导联心电胸带的信号检测性能,本研究设计实验对5名健康受试者在行走、上楼、静息及扭腰等4种运动状态下进行5 min的体表心电信号监测,并量化测试了的R波峰值检测、信噪比(SNR)、信号伪影比(SAR)及阳性预测值(PPV)等4项指标值。实验结果显示,静息状态下的体表心电检测的平均R波峰值振幅为1.36 mV,SNR为2.05 dB,SAR为5.53,阳性预测值为99.81%,而运动状态下的运动伪迹则可通过心电胸带内置的运动状态监测器实现主动降噪,验证了所研制的基于柔性生物电干电极的单导联心电胸带具有良好的生物相容性及抗干扰能力。 2023 Vol. 42 (5): 636-640 [摘要] ( 125 ) HTML (1 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