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基于深度学习的直觉式精细运动想象研究

基于深度学习的直觉式精细运动想象研究

作者：梁光金曲阜师范大学

学位级别：硕士

运动想象(Motor Imagery,MI)是脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)中常用的一种范式,以其自发性的特点被广泛地应用于外围设备的控制。但是MIBCI能够输出的控制指令少,并且指令类型单一,缺乏与真实的控制指令间的直接联系,这极大... 详细信息

运动想象(Motor Imagery,MI)是脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)中常用的一种范式,以其自发性的特点被广泛地应用于外围设备的控制。但是MIBCI能够输出的控制指令少,并且指令类型单一,缺乏与真实的控制指令间的直接联系,这极大的限制了 MIBCI的进一步发展。本文围绕解码被试的直觉式方向精细运动想象脑电信号进行了深入的研究,以期通过实时解码被试的方向运动想象脑电信号实现被试对外围设备的直觉式控制,为BCI的在线实际应用提供新的思路。主要研究内容如下:(1)针对精细运动想象数据,特别是直觉式方向精细运动想象脑电数据短缺的问题,设计了一种新的运动想象脑电数据采集实验范式,并且依据此范式创建了一个包含14个被试的直觉式方向精细运动想象脑电数据集。范式以经典的“推箱子”游戏为运动想象刺激材料,激发被试的上、下、左和右四个方向运动想象任务的脑电数据。每个被试在不同的时间采集三次脑电数据,每次采集实验中每个运动想象任务采集100组,每个被试共采集1200组数据,数据集中共包含了 16800组数据。跨时间尺度的数据集还可用于研究时间因素对模型解码性能的影响。(2)针对MI脑电解码模型的解码精度不高、模型参数量大以及模型不具备可解释性的问题,提出了一种新的方向精细运动想象脑电解码模型EISATC-Fusion,模型包含 Inception 块、多头自注意力机制(Multi-Head Self-Attention,MSA)、时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)以及模型层融合。基于深度可分离(Depthwise Separable,DS)卷积和Inception块设计了多尺度并行模块DS Inception(DSI),用于提取脑电信号的多尺度时间信息。针对应用MSA处理脑电信号时的注意力塌陷问题,设计了基于卷积神经网络和Cos注意力的cnnCosMSA注意力模块,用于提取不同频率的全局时间信息,并且增强了模型的可解释性。基于深度可分离卷积和TCN设计了 TDSCN模块,用于提取脑电信号的高维度时间特征。将DSI和cnnCosMSA的输出在深度维度上进行特征融合并输入TDSCN,并且使用一个可学习的张量实现了自适应的决策信息融合。EISATC-Fusion模型在公开数据集BCI-2a和BCI-2b上分别实现了84.57%和87.58%的被试内的解码准确率,在BCI-2a上实现了 67.42%的跨被试解码准确率,在本文采集的直觉式方向精细运动想象脑电数据集上分别实现了74.5%和65.29%的被试内解码准确率和跨被试解码准确率。(3)为了进一步提高模型的解码精度,改进了两阶段模型训练策略。在模型训练的第一阶段,增加验证集的Loss作为模型训练早停的指标。验证集上的准确率作为主要的早停指标,同时考虑模型在验证集上的Loss。综合考虑了两种不同的评价指标,在提高模型的解码精度的同时改善了模型的鲁棒性。使用多个先进的脑电解码模型在BCI-2a数据集上进行了训练策略的实验,使用改进的训练策略训练后所有模型对脑电信号的解码准确率均有所提高,其中EISATC-Fusion 提高了 9.77%、EEG-TCNet 提升了 2.76%以及 ShallowConv 提升了 2.36%。实验结果表明,本文改进的模型训练策略能够改善模型的解码准确率并且具有普适性。(4)搭建在线实验验证平台,进行在线脑电解码实验。以人体肩关节主动康复训练为背景设计了在线实验流程。使用本文提出的运动想象脑电解码模型在4名被试上实现了 69.16%的平均解码准确率。进一步通过迁移学习的方法将准确率提升到了 73.52%,证明了在线实时的解码被试的方向运动想象脑电信号是可行的。在线实验实现了通过被试的方向运动想象脑电信号控制外围设备,这为脑机接口的在线实际应用提供了一种新的方式。

关键词：脑机接口精细运动想象脑电解码深度学习多头自注意力

基于超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱技术分析不同乳酸菌发酵桑叶化学成分的变化

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食品科学 2024年第21期 236-244页

作者：修慧迪梁光月程磊亳州职业技术学院安徽中药材种植联合研究中心遵义市产品质量检验检测院安徽省华佗中医药研究院

比较不同乳酸菌发酵工艺对桑叶化学成分的影响，筛选优势菌种。采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱检测桑叶中的化学成分，通过对照品、分子质量、质谱裂解规律和文献信息鉴定桑叶甲醇提取液的化学成分。利用SIMCA 14.1软件建... 详细信息

比较不同乳酸菌发酵工艺对桑叶化学成分的影响，筛选优势菌种。采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱检测桑叶中的化学成分，通过对照品、分子质量、质谱裂解规律和文献信息鉴定桑叶甲醇提取液的化学成分。利用SIMCA 14.1软件建立桑叶各发酵品的主成分分析（principal component analysis,PCA）模型和偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA）模型，获取PCA得分图、PLS-DA载荷图和变量投影重要性（variable importance in projection,VIP）值，筛选桑叶发酵前后的差异物质。本实验鉴定出了41个化学成分，PCA结果提示经不同发酵工艺发酵后的桑叶组间差异性较大，PLS-DA筛选出VIP值>1的11个化学成分，可作为发酵前后差异性的化学标记物，分别为大波斯菊苷、异鼠李素-3-O-新橙皮苷、金丝桃苷、3,4-二咖啡酰奎宁酸、橙黄决明素、水杨酸、染料木苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、鸟苷、异麦角甾苷、毛蕊花糖苷；将其综合加权评分后发现鼠李糖乳杆菌发酵桑叶中有效成分含量最高。桑叶发酵前后化学成分含量发生显著变化，黄酮类成分是区分桑叶不同发酵品最重要的化合物类别，鼠李糖乳杆菌为桑叶的优势发酵菌种。

关键词：桑叶发酵超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱主成分分析偏最小二乘判别分析

基于UPLC-Q/TOF-MS技术分析多种菌种发酵桑叶化学成分的变化

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食品科学 2024年

作者：修慧迪梁光月程磊亳州职业技术学院安徽中药材种植联合研究中心遵义市产品质量检验检测院安徽省华佗中医药研究院

比较不同乳酸菌发酵工艺对桑叶化学成分的影响，筛选优势菌种。采用UPLC-Q/TOF-MS检测桑叶中的化学成分，通过对照品、相对分子质量、质谱裂解规律和文献信息鉴定桑叶甲醇提取液的化学成分。利用SIMCA14.1软件建立桑叶各发酵品的主成分... 详细信息

比较不同乳酸菌发酵工艺对桑叶化学成分的影响，筛选优势菌种。采用UPLC-Q/TOF-MS检测桑叶中的化学成分，通过对照品、相对分子质量、质谱裂解规律和文献信息鉴定桑叶甲醇提取液的化学成分。利用SIMCA14.1软件建立桑叶各发酵品的主成分分析（PCA）模型和偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）模型，获取PCA得分图、PLS-DA载荷图和变量重要性投影（VIP）值，筛选桑叶发酵前后的差异物质。本次实验鉴定出了77个化学成分，PCA结果提示经不同发酵工艺发酵后的桑叶组间差异性较大，PLS-DA分析筛选出VIP 值>1 的 11 个化学成分，可作为发酵前后差异性的化学标记物，分别为大波斯菊苷、异鼠李素-3-O-新橙皮苷、金丝桃苷、3，4-二咖啡酰奎宁、橙黄决明素、水杨酸、染料木苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、鸟苷、异麦角甾苷、毛蕊花糖苷；将其综合加权评分后发现鼠李糖乳杆菌发酵桑叶后有效成分含量最高。桑叶发酵前后化学成分含量发生显著变化，黄酮类成分是区分桑叶不同发酵品最重要的化合物类别，鼠李糖乳杆菌为桑叶的优势发酵菌种。

关键词：桑叶发酵超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱(UPLC-Q/TOF-MS) 主成分分析偏最小二乘法-判别分析

水环境中短链全氟及多氟烷基化合物污染水平及其处理技术研究进展

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环境化学 2024年

作者：程静梁光愉冯雯凤周珍王玲梁勇持久性有毒污染物环境与健康危害湖北省重点实验室环境与健康学院江汉大学

随着八碳链全氟及多氟烷基物质（per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS）逐渐被限制生产和使用，越来越多短链PFAS（CF2<6）被广泛应用.然而，短链PFAS水溶性较强，在水环境中广泛传播造成普遍污染，对生态环境和人类健康构成潜在威... 详细信息

随着八碳链全氟及多氟烷基物质（per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS）逐渐被限制生产和使用，越来越多短链PFAS（CF2光解、电化学技术等可以降解短链PFAS，但其能耗较高.面对日益普遍的短链PFAS污染，迫切需要加强和升级水处理技术，以提高对短链PFAS的处理效率，为有效去除水环境中的短链PFAS提供科学依据.

关键词：短链PFAS 水处理吸附先进的氧化还原技术

纤维素基三维多孔材料在电化学储能器件中的应用研究现状

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高分子材料科学与工程 2024年第1期40卷 168-178页

作者：罗明轩梁环王欣雨李玉光杨雨尘胡欣南京工业大学材料科学与工程学院材料化学工程国家重点实验室江苏南京211800 南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京211800 南京先进生物材料与过程装备研究院江苏南京211200

随着我国“双碳”战略的实施,电化学储能技术(如超级电容器、锂离子电池等)得到蓬勃发展。作为电化学储能器件的关键部件,电解质、电极和隔膜材料对储能器件的能量密度、循环稳定性等具有决定性作用。纤维素基三维多孔材料(包括水凝胶... 详细信息

随着我国“双碳”战略的实施,电化学储能技术(如超级电容器、锂离子电池等)得到蓬勃发展。作为电化学储能器件的关键部件,电解质、电极和隔膜材料对储能器件的能量密度、循环稳定性等具有决定性作用。纤维素基三维多孔材料(包括水凝胶、气凝胶和海绵),由于具有高比表面积、高孔隙率、高离子导通率及可控掺杂等特点,已作为电解质、电极和隔膜等广泛地应用于储能器件。文中系统介绍了近年来纤维素基三维材料分别作为电解质、电极及隔膜在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、燃料敏化太阳能电池等电化学储能器件中的应用,综述了不同纤维素基三维复合材料的结构(如孔隙率、比表面积、孔容等)及应用于不同电化学储能器件时的储能机制及储能性能(能量密度、循环性能等),并对新能源和储能技术领域面临的挑战与发展前景进行了展望。

关键词：纤维素储能技术隔膜电解质电极

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与二次函数相关的菱形存在性问题例说

科学大众（科学中考） 2024年第3期 41-42页

作者：曾梁盐城市大丰区飞达路初级中学

纵观近几年各地的中考试题,二次函数中的菱形存在性问题是一类常见题型.二次函数和菱形存在性问题作为压轴题目,结合了“分类讨论思想”“方程思想”“菱形的判定方法”,势必要比单纯的菱形判定思考难度要大的多.这类问题主要是以“两... 详细信息

纵观近几年各地的中考试题,二次函数中的菱形存在性问题是一类常见题型.二次函数和菱形存在性问题作为压轴题目,结合了“分类讨论思想”“方程思想”“菱形的判定方法”,势必要比单纯的菱形判定思考难度要大的多.这类问题主要是以“两定两动”为设问方式,其中两定指的是四边形四个顶点其中有两个顶点的坐标是确定的或者是可求解的;两动指的是其中一个动点在一条直线或者抛物线上,另外一个动点是平面内任意一点或者该动点也在一条直线或者抛物线上.现选几道中考真题,总结一下二次函数中菱形存在性问题的通用解法,以供大家参考.

关键词：存在性问题二次函数动点抛物线方程思想分类讨论思想设问方式中考试题

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全球低碳炼铁新工艺技术进展及展望

钢铁 2024年第9期 45-55+155页

作者：张建良宗燕兵李克江梁曾杨天钧北京科技大学冶金与生态工程学院昆士兰大学

炼铁工业作为钢铁产业链的关键环节，其能源利用效率虽已提升至较高水平，但面对全球气候变化的严峻挑战，实现大规模减碳目标仍需依赖一系列突破性新技术的研发与应用。通过分析当前和未来可能的低碳或近零碳炼铁工艺方案，具体包括传... 详细信息

炼铁工业作为钢铁产业链的关键环节，其能源利用效率虽已提升至较高水平，但面对全球气候变化的严峻挑战，实现大规模减碳目标仍需依赖一系列突破性新技术的研发与应用。通过分析当前和未来可能的低碳或近零碳炼铁工艺方案，具体包括传统及富氢高炉流程、直接还原工艺、熔融还原工艺与电解炼铁工艺等，发现不同工艺所使用的能源在碳素、氢能和电力3个维度的分布各不相同。基于此，综合对比分析了中国、韩国、日本、欧洲和美国等地区或国家的最新炼铁技术进展与减碳路线。尽管各国的路线各有不同，但提高新能源对化石能源的替代比例是所有路线的共同宗旨。高炉-转炉流程在近期仍将占据钢铁生产的主导地位，但若继续基于碳冶金将给降碳带来巨大挑战，依靠富氢碳循环高炉技术或其他耦合绿电的新技术有望进一步显著降低该流程碳排放。直接还原铁-电弧炉工艺虽然发展迅速，但也面临着资源、技术和成本等方面的挑战。电解炼铁工艺也成为欧美国家的研究热点，但距离规模化生产仍需较长时间。目前尚无一种单一方法能够低成本地实现对钢铁行业的深度减排，这也表明不同国家和不同地区需要根据各地资源条件和具体情况因地制宜地确定具有区域特色的减碳技术路线。

关键词：低碳炼铁氢冶金富氢高炉电解炼铁绿色能源

哈拉哈塘—富满油田碳酸盐岩储集空间特征及差异性研究

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西南石油大学学报(自然科学版) 2024年

作者：江同文邓兴梁李旭光常少英王彭中国石油天然气集团有限公司中国石油塔里木油田公司中国石油杭州地质研究院

塔里木盆地深层超深层碳酸盐岩已建成300×10～4t原油生产基地，但深层超深层碳酸盐岩储集空间类型及储集体结构差异特征认识还存在争议，影响该类油气藏开发方案的优化。基于野外露头、岩芯、地震、测井、钻录井及生产动态等资料分析... 详细信息

塔里木盆地深层超深层碳酸盐岩已建成300×10～4t原油生产基地，但深层超深层碳酸盐岩储集空间类型及储集体结构差异特征认识还存在争议，影响该类油气藏开发方案的优化。基于野外露头、岩芯、地震、测井、钻录井及生产动态等资料分析，通过对哈拉哈塘富满油田奥陶系深层超深层优质碳酸盐岩储层储集空间类型及储集体结构差异特征对比研究，认为：1）哈拉哈塘富满油田受从北到南大气淡水溶蚀程度减弱的因素控制：北部潜山岩溶区储层主要储集空间类型为岩溶洞穴、溶蚀孔洞；哈拉哈塘南部层间岩溶区储层主要储集空间类型为裂缝、孔隙、孔洞型储层及岩溶河道；富满断控岩溶区储层主要储集空间类型为断裂破碎形成的角砾间孔隙和断裂空腔、构造缝。2）储层空间充填特征的差异也较为明显：北部潜山岩溶区及哈拉哈塘南部层间岩溶区溶洞充填现象较丰富，主要包括沉积充填物、垮塌充填物及化学淀积充填物3种；而富满油田储集体充填特征相对单一，以方解石和硅质胶结为主。3）储层储集空间内部结构特征的差异为：北部潜山岩溶区具有上下3层溶蚀结构，包括地表岩溶带、渗流岩溶带和潜流岩溶带；哈拉哈塘南部层间岩溶区具有补给区、渗流带及排泄区3种结构要素；断控岩溶区发育单一滑动面结构、压隆核带结构、张扭空腔核带结构及栅状缝网核带结构4种结构模型。明确超深碳酸盐岩储层空间特征及内部结构差异性认识，对于塔里木盆地油气藏高效开发方案的制定具有重要意义，指导井位部署与井轨迹优化、高产井成功率提升至96%以上，为研究区下一步油气高效勘探、开发提供了新的思路。

关键词：塔里木盆地深层超深层缝洞型储层潜山岩溶储层层间岩溶储层储集体结构

脊髓损伤后重建膀胱排尿反射在神经源性膀胱中的运用与展望

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中国组织工程研究 2024年第18期28卷 2925-2931页

作者：展立芬艾坤曾学究梁柔筠丁强盛张泓湖南中医药大学针灸与推拿康复学院湖南省长沙市410208

背景:脊髓损伤后导致的膀胱功能障碍是临床治疗的难点与研究的热点,修复损伤脊髓、重塑膀胱排尿反射通路是根本的治疗手段。目的:总结脊髓横断损伤后重建膀胱的神经支配通路及相关影响因素。方法:通过计算机检索中国知网、万方数据库、P... 详细信息

背景:脊髓损伤后导致的膀胱功能障碍是临床治疗的难点与研究的热点,修复损伤脊髓、重塑膀胱排尿反射通路是根本的治疗手段。目的:总结脊髓横断损伤后重建膀胱的神经支配通路及相关影响因素。方法:通过计算机检索中国知网、万方数据库、PubMed数据库、Web of Science数据库中与重建排尿反射机制、神经源性膀胱与排尿反射和脊髓修复有关的文献,中文检索词为“神经源性膀胱;脊髓损伤;排尿反射;脊髓修复”,英文检索词为“Neurogenic Bladder;Spinal cord injury;micturition reflex;Spinal cord repair”。结果与结论:在重建膀胱排尿反射过程中涉及较多的因素,包括脊髓受损区域的修复与重建、排尿中枢的重塑、膀胱组织及体内外物质激素的变化,在此过程中主要存在以下问题:①排尿作为一个复杂的过程,重建排尿反射中涉及位点较多,可选取主要作用位点进行深入研究,以突破重建排尿反射通路上存在的疑点;②正常的排尿反射机制复杂,脊髓横断损伤后,中枢神经系统中控制或参与排尿反射的中枢核团是否发生了代偿及相应的代偿机制有待进一步探究;③脊髓横断损伤后中枢与膀胱的信息交流中断,中枢与膀胱是否存在直接的信息连接尚待进一步探究;④脊髓横断损伤后,重建排尿反射与体液之间的关系尚待进一步研究。在重建膀胱排尿反射中,通过干预治疗促进脊髓修复、神经反射重构、物质代谢和膀胱组织结构调整是治疗的关键,中医与西医各有其法。

关键词：脊髓损伤神经源性膀胱排尿反射膀胱功能障碍综述

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