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平衡能力反映了人体感觉、神经控制、肌肉、骨骼的整体协调性,依靠视觉、本体觉、前庭觉三大感觉的信息输入,经中枢神经处理整合,通过踝、髋、膝关节策略进行调控。由于人体的衰老、病变,部分人群的平衡能力会有一定程度的减弱。在对平衡障碍的诊断与治疗中,需要对平衡能力进行精确评估,以确定平衡能力障碍程度、制定合适的康复方法。目前的平衡评估方法以人体平衡的外在表现为基础,对内在的神经生理调节机制考虑甚少。因此本文在传统足底压力信号研究基础上,从脑-肌及其相干性对平衡相关脑电信号、肌电信号进行分析,构建平衡脑功能网络,研究中枢系统的调节规律,从源头上更全面地评估人体平衡能力。本文的主要研究内容及创新点如下:(1)针对平衡能力的对比分析,设计了包括阻断本体感觉、视觉的人体静态平衡四种实验范式,通过阻断平衡感觉输入,采集得到不同实验范式下的足底压力中心信号、平衡相关的下肢肌肉电信号及大脑皮层的脑电信号。四种实验范式是平衡测力板上睁眼站立、平衡测力板上闭眼站立、平衡测力板+海绵垫上睁眼站立、平衡测力板+海绵垫上闭眼站立,同时规定了被试的站立姿势和实验相关要求。(2)在平衡感觉缺失下中枢神经的协同响应分析基础上,提出了一种平衡问题的脑功能网络新特征。首先,计算四种范式下足底压力中心信号的特征指标,判断四种实验范式平衡状态的强弱。其次,对平衡过程中的脑-肌相干性分析,发现脑-肌相干性在β、γ频段较为显著,且伴随实验范式的改变,γ频段相干性呈现出一定的规律性,以此提取变化较明显的γ频段脑电信号,构建平衡脑功能网络,发现感觉阻断时,平衡感觉相关的枕叶和中央脑区局部活跃度降低,而在中枢神经整合输入感觉的环节中有所参与的额叶区网络连通性增加,表明感觉被阻断时,额叶区参与了平衡调节,推断额叶区调节是人体平衡能力的有机组成,额叶区调节增强是平衡能力弱化的应急反应。(3)将枕叶、中央脑区脑网络聚类系数与额叶区脑网络聚类系数的比值定义为平衡感觉调节系数D1、D2,将感觉阻断时的平衡反应激活程度参与到平衡能力评估,作为平衡感觉输入与整合相关的脑网络特征;将整体脑网络的聚类系数CC作为平衡协调整体特征。并组合上述特征成为平衡问题的脑功能网络特征向量[CC,D1,D2],以反映人体平衡调节过程中的感觉输入与整合情况,从平衡感觉输入与整体信息处理两个角度较全面地反映了人体平衡能力。本文分别从平衡的神经生理调节角度,提取平衡问题的γ频段脑功能网络特征向量[CC,D1,D2],使用支持向量机评估人体平衡能力。该方法充分考虑大脑皮层的平衡调控机理,提取有效特征,对平衡能力进行评估。从对青年组和老年组平衡评估的结果上看,本文的平衡评估方法优于使用脑功能网络其他特征组的分类方法,且与传统的足底压力特征评估方法有较好的可比性,表明从中枢神经调控角度评估人体平衡能力有一定的有效性与可行性。由于本文的平衡能力评估方法仅需采集平衡过程的脑电信号,对场地限制少、便利性好。利用脑功能网络对平衡生理活动进行深入研究,分析中枢系统的调节规律,提取平衡脑网络新特征,是平衡评估方法的一种有效新思路。