مهندسی پزشکی زیستی
سال:1398 | دوره:13 | شماره:4 |تعداد مقالات:9

نتایج تحقیقات پیشین حاکی از تاثیر یادگیری )پاداش/تنبیه( برروی ویژگیهای پتانسیل وابسته به رویداد P300 است. در این تحقیق یک لایه پردازشی جلوتر رفته و با اعمال الگوریتمهای مکان یابی برروی مولفه P300 مستخرج شده از کانالها، تاثیر بازخورد را دقیق تر در منابع مغزی مولفه P300 اندازه گیری می کنیم. در این راستا، سیگنالهای EEG از 30 فرد سالم در حین آزمونهای دیداری و شنیداری را از طریق 30 الکترود سطحی (از جنس نقره) در سه فاز شروع (30 دقیقه)، بازخورد (90-60 دقیقه) و پایان (30 دقیقه) ثبت کردیم. تعداد محرک های دیداری و شنیداری برای تمامی افراد در فاز بازخورد بصورت یکسان اعمال گردید تا شرکت کنندگان بتوانند محرکهای دیداری و شنیداری را شناسایی کنند. در این فاز، شرکت کنندگان برای پاسخ های نادرست جریمه می شدند بطوریکه به ازاء هر پاسخ نادرست، چهار آزمون دیگر به این فاز اضافه می گردید. سپس الگوهای P300 را با استفاده از میانگین گیری گسترده زمانی (Asynchronous Grand Average) بر روی تمامی افراد استخراج کردیم. در ادامه، الگوریتمهای مکان یابی استاندارد توموگرافی الکترومغناطیس با رزولوشن پایین (sLORETA) و sLORETA کاهش دهنده برای تخمین فعالیت منابع مغزی P300 به کار گرفته شدند. نتایج ما در تحلیل منابع مولفه P300 بازخورد، حاکی از افزایش معنی دار و قابل توجهی از تغییرات، بخصوص در نواحی آهیانه ای-خلفی راست (نواحی ارتباطی ثانویه) در منابع مولفه P300 بازخورد در مقایسه با منابع مغزی مولفه P300 تحریک در آزمون دیداری را نشان می دهد اما این اختلاف در آزمون شنیداری معنادار نیست. اختلاف بین آزمون دیداری و شنیداری این فرضیه را تایید می کند که شرکت کنندگان ما احتمال اشتباه پاسخ دادن را در آزمون های شنیداری محتمل می دانستند و با اطمینان بیشتری به آزمون های دیداری پاسخ می دادند.

تحریک الکتریکی جریان مستقیم فراجمجمه ای (tDCS) یک روش غیرتهاجمی تحریک مغزی است که نسبت به سایر تکنیک های تنظیم فعالیت عصبی، مقرون به صرفه و دارای کارکرد ساده ای است. با وجود امید بخش بودن این روش در درمان مشکلات و بیماری-های عصب شناختی و ارتقا عملکردهای شناختی هنوز سازوکار دقیق نحوه اثرگذاری این تحریک زیر آستانه ای مشخص نشده است. شناخت این سازوکار از این لحاظ حائز اهمیت است که به طراحی پروتکل و سیستم مناسب جهت دستیابی به اثر مطلوب از تحریک الکتریکی مغز کمک می نماید. هدف این مقاله، شناخت این سازوکار با رویکرد مدلسازی نورونی است. از آنجا که نتایج برخی از تحقیقات فیزیولوژیکی نشان داده اند که در اثر tDCS، نوسانات ناگهانی کلسیم مربوط به سیگنالینگ کلسیم سلول آستروسیت در مغز بروز پیدا می کند، در مدل پیشنهادی، این سلول هم در کنار نورون های اصلی و نورون های میانی در نظر گرفته شده است. هدف این مدل، شبیه سازی اثر tDCS بر روی فعالیت قشری مربوط به پتانسیل پاسخ برانگیخته (ERP) و مقایسه آن با نتایج واقعی در مطالعات آزمایشگاهی گذشته بر روی موش صحرایی است. نتایج نشان می دهد که این مدل می تواند تمام شواهد مطالعات آزمایشگاهی را شبیه سازی کند در صورتی که مدل صرفا نورونی پیشنهاد شده در مطالعات گذشته نتوانست تمام شواهد را شبیه سازی نماید.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی و زندگی ماشینی، تعداد مبتلایان به بیماری قلبی در حال افزایش است. از طرفی تعداد قلب های آماده پیوند در دنیا محدود است. بنابراین استفاده از پمپ های قلبی برای کمک به بیمار در طول زمان انتظار و حتی تا آخر عمر، جایگزین مناسبی می باشد. پمپ های کمکی قلب باید توانایی برآورده کردن نیاز های بیولوژیکی مانند فشار و دبی مناسب قلب را داشته باشند و همچنین از نظر آسیب های خونی در ناحیه امن قرار بگیرند. از چالش های مهم در طراحی پمپ های کمک قلبی می توان به کوچک کردن ابعاد پمپ، کاهش زمان ماندگاری خون در داخل پمپ و کاهش آسیب های خونی مانند خون کافت اشاره کرد. 30% بیمارانی که تحت عمل جراحی برای جاگذاری پمپ کمکی بطن چپ قرار گرفته اند، پس از مدتی بطن راست دچار نارسایی شده و نیاز به پمپ کمکی بطن راست دارند. از جمله محدودیت های فیزولوژیکی برای جریان ریوی، تولید فشار mmHg) 15) الی mmHg) 25) و دبیL/min) 5) است، شایان ذکر است که تولید فشار بیش ازmmHg) 25) منجر به ایجاد فشار خون در شریان ریوی و مشکلات متاثر از آن خواهد شد. در این پژوهش یک پمپ قلبی گریز از مرکز با تمرکز بر روی هندسه پره برای بطن راست طراحی شد. با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی این پمپ برای سرعت های دورانی rpm)1500) و rpm)2000) و دبی هایL/min) 4) تاL/min) 6) شبیه سازی شد. پمپ طراحی شده دبی 5 (L/min)در سرعت دورانی rpm)1500) و فشار mmHg)23) را تولید می کند. میزان شاخص خون کافت محاسبه شده از روش لاگرانژی برابر 00413/0 است.

کنترل پروتز عصبی به منظور بازیابی عملکرد دست افراد مبتلا به فلج در اندام های فوقانی، یکی از کاربردهای مهم سیستم های BCI می باشد. توانایی گرفتن اجسام، از ابتدایی ترین نیازها برای انجام کارهای روزانه است و برای عملکرد صحیح پروتز عصبی بدین منظور، لازم است کاربر بتواند مقدار نیروی لازم برای گرفتن اجسام را کنترل کند. به همین دلیل افزایش دقت رمزگشایی پیوسته نیرو، موضوعی مهم برای عملکرد صحیح این نوع سیستم های BCI می باشد. در اغلب پژوهش های صورت گرفته در زمینه رمزگشایی نیرو، از مدل های خطی مانند فیلتر وینر، فیلتر کالمن و PLS استفاده شده و تاکنون تاثیر استفاده از مدل های غیرخطی بر دقت رمزگشایی نیرو مورد بررسی قرار نگرفته است. هدف این پژوهش، بررسی تاثیر استفاده از مدل های رگرسیون غیرخطی مبتنی بر توابع کرنل بر دقت رمزگشایی نیروی دست موش صحرایی با استفاده از سیگنال های پتانسیل میدانی محلی می باشد. بدین منظور، روش های رگرسیون ستیغی، PCR و PLS را در نظر گرفته و با استفاده از تابع کرنل گوسی، تعمیم یافته غیرخطی آنها را برای تخمین پیوسته نیرو به کار گرفته ایم. ارزیابی و مقایسه روش های رگرسیون ستیغی کرنلی، PCR کرنلی و PLS کرنلی نشان می دهد که در نظر گرفتن ارتباطات غیرخطی بین ویژگی های سیگنال مغزی، دقت رمزگشایی نیرو را نسبت به مدل های خطی بهبود می بخشد. درصد بهبود میانگین ضریب R2، 12. 7% برای روش رگرسیون ستیغی کرنلی نسبت به روش ستیغی، 25. 5% برای روش PCR کرنلی نسبت به PCR و 19. 1% برای روش PLS کرنلی نسبت به PLS بوده است. بهترین دقت رمزگشایی نیرو نیز به ازای روش رگرسیون ستیغی کرنلی و با میانگین ضریب همبستگی 72% و مقدار R2 برابر 0. 62 بدست آمده است.

انتخاب ویژگی یکی از فرایندهای پیش پردازش داده ها در مباحث مربوط به یادگیری ماشین و داده کاوی محسوب می شود که در برخی زمینه ها نظیر کار با داده های ریزآرایه در بیوانفورماتیک که با مشکل ابعاد بالای داده ها در مقابل تعداد کم نمونه ها مواجه است، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انتخاب ویژگی های (ژن های) موثر در تشخیص بیماری از داده های ریزآرایه نقش مهمی در تشخیص زودهنگام بیماری و راه های مواجهه با آن ایفا می کند. در روش های انتخاب ویژگی مبتنی بر تئوری اطلاعات که طیف گسترده ای از روش های انتخاب ویژگی را شامل می شوند، از مفهوم آنتروپی برای تعریف معیارهای مرتبط بودن، افزونگی و مکمل بودن ویژگی ها، استفاده می شود. در این مقاله از مفهوم پیوستگی خالص به جای آنتروپی (پراکندگی) برای پیشنهاد یک معیار جدید مرتبط بودن استفاده شده است. در معیار پیشنهادی، برای کنترل و کاهش افزونگی، ارتباط یک ویژگی با تک تک کلاس ها به طور جداگانه بررسی شده است در حالی که در اکثر روش های فیلتر، ارزش یک ویژگی بر اساس ارتباط آن با کل کلاس ها سنجیده می شود. این راهکار باعث می شود که ویژگی های (ژن های) موثر در هر کلاس به تفکیک شناسایی شوند، در حالی که امکان شناسایی ویژگی های (ژن های) مشترک نیز فراهم است. مشکل دیگری که در برخی روش ها وجود دارد، مسئله گسسته سازی داده ها است. در روش ارائه شده، با استفاده از یک تبدیل مبتنی بر یک ریختی ضمن استفاده از مزایای گسسته سازی از درگیر شدن با پیچیدگی های آن اجتناب شده است. برای مقایسه روش ارائه شده با تعدادی از روش های مرتبط، از هفت مجموعه داده ریزآرایه مربوط به انواع سرطان به همراه سه دسته بند پرکاربرد بیزین ساده،-kنزدیک ترین همسایه و ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. نتایج تجربی، کارایی روش ارائه شده را بر اساس دو پارامتر دقت دسته بندی و تعداد ژن های انتخابی نشان می دهد.

در این تحقیق، نحوه پاسخ دهی سامانه نوین دارورسانی پاسخگو به عامل تحریک تک گانه دما بررسی شده و عملکرد سامانه در حالت ناپایا به روش عددی مدل سازی شده است. سامانه مورد نظر، مرکب از سه لایه مجرا، شامل هسته دارویی، لایه میانی تغییر فاز دهنده و لایه محافظ بیرونی است. سامانه مورد نظر قابلیت انجام و قطع رهایش دارو با اعمال تغییر در دمای محیط رهایش را دارا بوده و دارو با مکانیسم روشن-خاموش قابل آزادسازی از سامانه است. مدل سازی ریاضی با حل عددی معادلات انتقال حرارت و جرم حاکم بر لایه های مختلف سامانه در حالت ناپایا به انجام رسید و تاخیر زمانی سامانه در حالت روشن، سینتیک رهایش دارو در حالت روشن و همچنین سینتیک رهایش ناخواسته دارو در حالت خاموش، به عنوان توابعی از پارامترهای مختلف سامانه بدست آمد. نتایج حاصل از مدل سازی نشان داد که عواملی چون ابعاد سامانه، نوع مواد تشکیل دهنده لایه های میانی و محافظ و نسبت ضریب هدایت حرارتی لایه میانی در حالت ذوب شده به لایه محافظ از جمله عوامل مهم تاثیرگذار بر پاسخگویی سامانه در قبال تغییر دمای محیط بوده و با تغییر این عوامل، کاهش در تاخیر زمانی سامانه برای شروع رهایش دارو قابل حصول است. از منظر سینتیک رهایش دارو در حالت روشن می توان عنوان نمود که مقدار داروی آزاد شده، تابعی از ثابت زمانی سامانه بوده و برای افزایش مقدار داروی آزاد شده در این حالت، باید ثابت زمانی سامانه را کاهش داد. نتایج همچنین نشان داد که برای تسریع رهایش ناخواسته داروی موجود در لایه محافظ در حالت خاموش و اتمام سریع رهایش، باید متغیر های مربوط به لایه محافظ مانند نوع و ضخامت آن را تغییر داد. با استفاده از نتایج حاصل از مدل سازی عددی می توان سامانه های دارو رسانی هوشمند پاسخگو به دما با ویژگی های مطلوب و مورد نظر را برای مصارف عملی، طراحی و تولید کرد.

کنترل تعادل یک هدف زمینه ای در فعالیت های وضعیت ایستاده بدن است و پایش، تحلیل، و دخالت به منظور بهبود آن، موضوع بخشی از پژوهش های حوزه بیومکانیک حرکات انسان قرار گرفته است. در مطالعات با رویکرد کمّی مربوط به تعادل انسان، دانستن اینکه مقدارتعادل از نظر عددی در یک وضعیت بدن یا هر لحظه در طول یک مسیر حرکت چقدر است، ضروری می باشد. این پژوهش یک معیار کمّی جدید برای بیان میزان پایداری وضعیت در طول سیکل راه رفتن پیشنهاد می کند. مبنای این معیار کمّی احتمال تحقق یا موفقیت دینامیکی در به پایان رساندن فاز پرواز بدون از دست رفتن تعادل و بدون شروع فرآیند زمین خوردن است. احتمال موفقیت دینامیکی راه رفتن روی یک مدل هفت عضوی با جرم گسترده مدل سازی و محاسبه شده است. در این مطالعه حرکت در این فاز بصورت حرکتی بهینه با توجه به حفظ حداکثری تعادل در کنار تأمین قیود سینماتیک و توجه به انرژی مصرفی و سطح تحریک ماهیچه ای و تغییرات تحریک محاسبه شده است که به صورت در نظر گرفتن وزن هایی برای احتمال موفقیت اجرای حرکت و مصرف انرژی و به دست آوردن طول گام بهینه می باشد، به صورتی که هم قید تعادل حداکثری و هم مصرف انرژی حداقل لحاظ شده باشد. برای مثال، طول گام بهینه با در نظر گرفتن قید حداکثر کمیت تعادل برای یک فرد با قد و وزن 187 سانتیمتر و 92 کیلوگرم در طول گام 27 سانتیمتر به دست آمد. یکی از عوامل تاثیر گذار در حفظ تعادل سرعت راه رفتن می باشد. توجه به این نکته که هرچه میانگین سرعت مرکز جرم افزایش یابد احتمال حفظ تعادل کمتر خواهد شد، لذا به منظور در نظر گرفتن ماکزیمم سرعت میانگین مرکز جرم در کنار حفظ تعادل حداکثری، طول گام بهینه46 سانتی متر محاسبه گردیده است.