王迎英,姜乃夫,彭雨辉,张玉彬,谢俊,方鹏,李光林.基于电刺激的上肢截肢者诱发手指幻肢感初步研究[J].集成技术,2019,8(4):1-13
基于电刺激的上肢截肢者诱发手指幻肢感初步研究
The Preliminary Research of Evoked Phantom Finger Sensations Basedon Electrical Stimulation for Upper Limb Amputee
  
DOI:10.12146/j.issn.2095-3135.20190612001
中文关键词:  经皮电刺激;截肢者;幻肢感觉;脑电信号;事件相关电位
英文关键词:transcutaneous electrical stimulation; amputee; phantom sensation; EEG; event-related potential
基金项目:国家重点研发计划变革性技术关键科学问题专项项目(2017YFA0701103);国家自然科学基金项目(61773364、61503298);中国科学 院青年促进会项目(2018395);广东省高层次人才特殊支持计划项目(2015TQ01C399);深圳市战略性新兴产业和未来产业基础研究学科布局项 目(JCYJ20170818163724754);陕西省自然科学基础研究计划青年人才项目(2016JQ6002);SIAT 优秀青年创新基金项目(201813)
作者单位
王迎英 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
姜乃夫 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
彭雨辉 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
张玉彬 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;西安交通大学机械工程学院 西安 710049 
谢俊 西安交通大学机械工程学院 西安 710049 
方鹏 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
李光林 中国科学院深圳先进技术研究院 中国科学院人机智能协同系统重点实验室 深圳 518055;中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
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中文摘要:
      目前商用假肢缺乏有效的感觉反馈机制,人们通过机械刺激可进行间接的感觉反馈,但仍不 能产生“自然”感觉。一些研究者们通过神经内植入式电刺激可以帮助使用者获取“自然”感觉,这种有创的方式需要进行手术且对电极材料的要求很严格。相比之下,经皮电刺激更易实现,然而目前的研究还缺乏有效的控制策略来主动调控电刺激参数。因此,该文对经皮电刺激诱发手指幻肢感进行了初步研究,并结合脑电信号(EEG)特征,探究了一种客观的方法来评价电刺激参数与所诱发的手指幻肢感觉的关系,使得实现电刺激参数的主动调控成为可能。结果初步表明了通过经皮电刺激可以诱 发上臂截肢患者幻肢手指收缩的感觉;并且,通过分析脑电地形分布可建立刺激的位置与所诱发感觉的位置之间的关系;通过提取事件相关电位并分析其曲线特征,可判断所施加的电刺激强度是否足够诱发明显的幻肢感觉。该研究有助于在电刺激诱发幻肢感的研究中实现刺激参数的自动调控。
英文摘要:
      The current commercial prostheses are lack of effective sensory feedback mechanism. Indirect stimulation methods such as mechanical stimulation were applied to achieve sensory feedback in some work, but they cannot evoke “natural” sensations. Some researchers evoked somatic sensations by intra-neural stimulation, which is invasive and with high restriction on electrode materials. In comparison, transcutaneous electrical stimulation (TNES) is easier to be implemented. Unfortunately, there is still no effective strategy to autonomous control electrical stimulation parameters. In this paper, we conducted a preliminary research on the relationship between electrical stimulation parameters and evoked somatic sensation based on Electroencephalogram (EEG) analysis. The experimental results proved that the phantom sensation of fingers can be evoked by TNES. In addition, the relationship between the position of stimulation and the position of evoked sensation be analyzed according to the EEG distribution. And it can be determined whether the stimulation intensity is enough to evoke obvious phantom sensation, by analyzing its curve characteristics of event-related potential (ERP). This work can be helpful to automatically control electrical stimulation parameters for evoking phantom sensations in the future.
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