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面向疼痛识别的脑电信号分析

面向疼痛识别的脑电信号分析

作者：朱健群齐鲁工业大学

学位级别：硕士

疼痛是与实际或潜在的组织损伤相关的不愉快的情绪体验,其种类繁多,临床表现各异。疼痛不仅是身体反应的自然警告,还可能诱发严重的精神困扰,影响患者的生活质量和精神状况。有效治疗疼痛的前提是准确评估疼痛,包括评估疼痛类型、程度... 详细信息

疼痛是与实际或潜在的组织损伤相关的不愉快的情绪体验,其种类繁多,临床表现各异。疼痛不仅是身体反应的自然警告,还可能诱发严重的精神困扰,影响患者的生活质量和精神状况。有效治疗疼痛的前提是准确评估疼痛,包括评估疼痛类型、程度和影响因素。疼痛的测量和评估存在一些挑战,传统主观疼痛评估方法存在个体主观因素和记忆偏差的影响,因此客观评估方法备受关注。基于生物标志物的客观评估方法主要使用的工具为脑电图、心电图或功能磁共振。随着人工智能技术和脑科学的发展,使用疼痛患者的脑电信号的数据,客观有效的判断识别疼痛程度,辅助医生对病情进行判断,进而达到对病情的有效治疗,已经变成一种趋势。基于脑电信号分析的疼痛评估方法,因其客观性、实时性和准确性具有不可替代的优势,能够弥补传统评估方法的不足,为疼痛评估提供了新的有效的途径。使用客观数据对临床上疼痛的提前干预和有效治疗具有重要的意义。本文主要面向疼痛识别这一应用场景进行脑电信号分析研究。通过机器学习的方法提取疼痛相关的脑电特征,实现疼痛脑电信号的分类识别。主要工作如下:(1)本文为分析关于疼痛的脑电信号特征,设计了一个激光刺激疼痛实验范式,并进行数据采集。针对激光刺激疼痛脑电数据,本文设计了一套完整的脑电信号的预处理流程。流程包括针对环境干扰的脑电信号滤波和降噪、重参考以及针对脑电伪迹信号的ICA处理,从而得到较为干净的疼痛脑电信号,为后续的数据分析和研究建立了可靠的基础。(2)本文提出了基于WGAN-GP的疼痛脑电数据增强系统。其中特征提取部分使用改进S变换的方法,然后为了更好的筛选与疼痛相关的脑电特征,设计了一系列面向分类效果的特征优化筛选方法,包括筛选脑电频段特征、改进S变换窗口优化参数、与疼痛特征最为相关的脑区特征。最后通过多个指标的实验对比,验证了该系统针对激光刺激疼痛脑电数据增强的优势。从大脑顶叶区域特征良好的分类性能可以推断,在疼痛发生过程中,顶叶区域的感觉功能被有效激活。该系统可以有效提高疼痛识别的准确率,达到疼痛脑电数据增强的效果。(3)本文还设计了一种面向激光刺激疼痛识别的脑电信号处理系统。该系统采用基于样本熵的脑电特征提取方法,并与改进S变换进行特征融合,得到同时具有时频特性和非线性动力学特性的疼痛脑电特征。利用多尺度的卷积神经网络对融合特征进行处理,进一步提取针对激光刺激疼痛的特征。为了增强脑电特征中的空间特征,引入了挤压激励残差神经网络进行自适应的校准MSCN的级联特征。最后,通过多个对比实验验证了系统的性能,并通过挤压激励模块的可视化展示了特征校准的有效性。实验结果表明,结合多尺度卷积网络和挤压激励残差网络的脑电融合特征提取方法在疼痛识别中具有重要价值,同时相较于其他最先进的方法取得了更好的结果。(4)本文为了进一步优化针对激光刺激疼痛的识别模型,提出了一种结合了自编码器和Transformer编码器模型的新颖系统架构用于疼痛脑电特征分类识别。自编码器作为无监督学习的神经网络结构,能够在压缩和解压缩过程中重构原始数据,从而学习得到数据的高效压缩表示。自编码器的引入让疼痛识别模型能学习到与疼痛相关的有效脑电特征表示,并通过降低特征数据维度来提升对疼痛识别的泛化性。Transformer编码器利用其优势提高分类准确性和效率。结果表明,该系统在疼痛识别任务中取得了显著的性能提升,相较于传统疼痛识别方法具有更高的准确性和泛化能力。这表明自编码器和Transformer的结合在疼痛脑电信号分类识别任务中具有显著优势,为未来相关研究提供了新思路和新方法。本文的研究工作有利于推动脑电信号研究在疼痛识别领域的发展,有利于进一步推动对疼痛的研究。

关键词：脑电图生成对抗网络疼痛识别深度学习

基于多目标优化和强化学习的入侵防御及响应技术研究

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基于多目标优化和强化学习的入侵防御及响应技术研究

作者：岳义群齐鲁工业大学

学位级别：硕士

针对外来攻击的防御及响应结果直接关系着工业控制系统是否可以正常运行,为此入侵防御及响应机制尤为重要。尽管已经涌现出了诸多防御及响应方法,但是现有的防御方法存在着防御策略选择算法收敛精度不高,收敛速度不够快的问题,现有的入... 详细信息

针对外来攻击的防御及响应结果直接关系着工业控制系统是否可以正常运行,为此入侵防御及响应机制尤为重要。尽管已经涌现出了诸多防御及响应方法,但是现有的防御方法存在着防御策略选择算法收敛精度不高,收敛速度不够快的问题,现有的入侵响应方法存在着网络层响应策略不够精准的问题,且忽视了物理层的响应策略选择,缺少一种综合的入侵响应方法。因此,针对上述问题,本文针对工业控制系统的入侵防御及响应机制进行研究和分析,提出了一种基于改进差分进化算法的最优安全防御策略选择模型以及基于分解的多目标进化算法MOEA/D和深度Q网络的入侵响应方法。文本的主要工作内容是针对工业控制系统的网络结构和漏洞情况,构建出了对应的攻击图,计算攻击图中漏洞的可用性概率,结合贝叶斯公式得出每个节点被攻击的先验概率,从而计算出攻击者的攻击收益,结合策略成本、策略的负面影响构建目标函数,通过最小化目标函数进行入侵防御。同时根据攻击节点推断出攻击路径,量化每一条攻击路径的风险值,对风险值最大的攻击路径选取最优安全策略进行入侵响应。本文的创新点如下:(1)针对现有防御策略选择算法收敛精度不高,收敛速度不够快的问题,本文提出了一种基于强化学习和反向学习的差分进化算法作为防御策略选择算法。强化学习解决了该算法收敛方向随机的问题,使算法可以一直向着正确方向收敛,为此,算法能够利用强化学习来加快其收敛速度,反向学习可以使得算法在最后的收敛阶段使用“反解”来判断自己是否已经陷入局部最优解,为此,算法能够利用反向学习提高跳出局部最优解的概率,从而提高算法性能。实验证明,该算法能够在不同规模的初始种群中,快速准确的搜索到最优防御策略。(2)针对现有的入侵响应方法忽视物理层安全策略选取的问题,本文提出了一种综合性的解决方案,在网络层以MOEA/D作为基础,通过引入强化学习来对其改进,形成了网络层的策略搜索算法。同时,针对物理层的复杂性和多样性,本文引入了深度强化学习实现了对物理层的最优策略选择,能够利用深度学习的强大拟合能力和强化学习的决策能力,自适应地学习和优化物理层的策略,使其能够抵御各种物理攻击和破坏。实验证明,所提方法能有效针对网络层和物理层的攻击进行入侵响应。

关键词：工业控制系统入侵响应防护策略强化学习多目标优化

GRWD1在皮肤成纤维细胞衰老中的作用研究

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GRWD1在皮肤成纤维细胞衰老中的作用研究

作者：王耀群安徽医科大学

学位级别：硕士

甘油三酯葡萄糖指数与接受冠状动脉造影术/经皮冠状动脉介入治疗术后造影剂肾病的相关性研究

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甘油三酯葡萄糖指数与接受冠状动脉造影术/经皮冠状动脉介入治疗...

作者：刘艺群南昌大学

学位级别：硕士

基于维纳过程的低温环境下齿轮泵性能退化研究

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 155-163页

作者：邱战国胡淼邢群雁宋宏智中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 中国铁路电务技术中心北京100081

针对低温环境下(5℃以下)温度对齿轮泵性能退化的影响,以驼峰车辆减速器齿轮泵为研究对象,以流量为性能退化分析指标,建立齿轮泵流量计算模型;采用带有线性函数或指数函数漂移项的维纳过程模型,建立包含工作压力、温度和等效磨损间隙的... 详细信息

针对低温环境下(5℃以下)温度对齿轮泵性能退化的影响,以驼峰车辆减速器齿轮泵为研究对象,以流量为性能退化分析指标,建立齿轮泵流量计算模型;采用带有线性函数或指数函数漂移项的维纳过程模型,建立包含工作压力、温度和等效磨损间隙的多参数齿轮泵性能退化过程模型;通过齿轮泵流量计算模型的分析结果与现场试验数据对比,建模分析低温环境下齿轮泵性能退化过程中环境温度、工作压力对齿轮泵性能退化的影响。结果表明:低温环境下齿轮泵的性能退化与环境温度存在强相关性;线性漂移模型较指数漂移模型有更优的统计拟合效果;包含多参数带漂移的维纳过程模型能有效表征齿轮泵的性能退化过程。

关键词：齿轮泵驼峰车辆减速器维纳过程模型性能退化模型环境温度

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基于支座转角影响线的桥梁梁体损伤识别研究

基于支座转角影响线的桥梁梁体损伤识别研究

作者：杨海群石家庄铁道大学

学位级别：硕士

基于深度学习的轻量级道路场景语义分割算法研究

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基于深度学习的轻量级道路场景语义分割算法研究

作者：杨能群电子科技大学

学位级别：硕士

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高中生计算思维学习进阶模型构建与应用研究

高中生计算思维学习进阶模型构建与应用研究

作者：刘海群贵州师范大学

学位级别：硕士

在《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》指导下,信息技术学科的重点已然转向学科核心素养的培养,并强调以学科特有的思维方法为基础,促进学生全面发展。鉴于计算思维作为主导核心素养贯穿高中信息技术课程学习始终,经实践... 详细信息

在《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》指导下,信息技术学科的重点已然转向学科核心素养的培养,并强调以学科特有的思维方法为基础,促进学生全面发展。鉴于计算思维作为主导核心素养贯穿高中信息技术课程学习始终,经实践调研和文献梳理,发现计算思维培养目标的具体落实存在问题有:一是计算思维教育内容边界不清、素养水平划分的区分度不高;二是学生对计算思维的理解程度参差不齐、素养水平不均衡;三是大部分教师采用的培养方式较为单一,缺乏可操作性强的灵活“脚手架”。学习进阶能够有效推动学生认知过程的连续性发展,在教学实践中起着重要指导作用,因此,将学习进阶理论引入教学实践是十分有必要且可行的。本研究尝试构建高中生计算思维学习进阶模型,将其应用于实践教学,以期通过学习进阶各维度及各水平层级的行为表现进阶,逐步提升学生的计算思维,帮助学生实现由低到高的学习进阶,为一线教师进行教学案例设计和教学实施提供可参考借鉴的教学框架和思路。主要研究工作包括以下三个部分:(1)高中生计算思维学习进阶模型构建。阐述高中生计算思维学习进阶内涵,以学科特征分析、课程标准内容分析、项目迁移借鉴、成果观点提炼及专家咨询意见梳理为框架流程,拟定计算概念、问题解决、计算意识作为高中生计算思维的三个进阶维度,以布鲁姆认知层次、SOLO分类框架以及情感目标分类为理论依据,将各维度划分为四个进阶水平层级,构建出包含三个维度、四个水平层级的高中生计算思维学习进阶模型,为培养计算思维进行案例设计与教学实施奠定基础。(2)基于进阶模型的高中计算思维学习进阶教学案例设计。以模型为基础支撑,结合基于学习进阶的教学系统设计模型与梳理各层级教学策略,生成更具操作性的高中生计算思维学习进阶教学案例设计步骤,并从整体分析、学习进阶层级框架构建、教学过程设计、评价与反馈四个步骤设计了教学案例。(3)高中生计算思维学习进阶模型应用与效果分析。以贵阳市L中学高一年级学生为教学对象,开展高中生计算思维学习进阶的实证研究,通过量表前后测量和试题测验,整理教师与学生课后访谈结果,对高中生计算思维学习进阶模型应用效果进行分析,发现在计算思维学习进阶模型的指导下,学生的计算思维整体水平、各维度水平、各水平层级都得到了明显的提升,验证了模型对高中生计算思维学习进阶具有一定的提升效果。学生的计算思维变化是一个长期实践的过程,模型的验证缺乏跨学期、跨年级的迭代完善环节,对于高中生各阶段的计算思维素养水平还有待进一步细分与完善。因此,期望今后继续深入探究,更科学、准确地划分各阶段学生的进阶水平,延长教学实践周期,使得进阶模型和教学案例设计步骤更具科学性、普适性。

关键词：计算思维培养学习进阶理论进阶模型

镁基超稳矿化功能材料的设计及其对重金属复合污染治理的性能研究

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镁基超稳矿化功能材料的设计及其对重金属复合污染治理的性能研究

作者：邓卓群北京化工大学

学位级别：硕士

随着工业经济的发展,不合理不规范的矿产资源开采和工业三废排放,容易造成严重的重金属污染问题。重金属离子无法自然降解,最终会通过生物富集进入人体,严重危害环境和人类健康。因此,发展高效、低成本的治理技术是解决废水中重金属污... 详细信息

随着工业经济的发展,不合理不规范的矿产资源开采和工业三废排放,容易造成严重的重金属污染问题。重金属离子无法自然降解,最终会通过生物富集进入人体,严重危害环境和人类健康。因此,发展高效、低成本的治理技术是解决废水中重金属污染的趋势。本工作以层状双金属氢氧化物（LDH）为基础,通过不同改性方法制备了两类重金属离子吸附剂,能够实现对各类重金属离子的超稳矿化去除,具有矿化效率高、化学稳定性强等优势,同时有望实现规模化处理重金属污染废水。主要工作与成果如下:1.针对铜、镉等矿区普遍存在的多种重金属阳离子(Cu2+、Cd2+)与重金属含氧阴离子(SeO32-)复合污染,难以同步有效治理这一难题。我们通过材料结构设计,以MgAl-LDH为前驱体,通过焙烧改性的策略,制备了一系列层状双金属氧化物（LDO）矿化剂。通过调控不同焙烧温度,控制LDH转变成LDO过程缺陷演变规律和材料表面积大小,获得了性能最佳的同步矿化重金属阴阳离子材料结构,不仅实现了对单一Cu2+、Cd2+或SeO32-的高容量矿化,同时也表现出对Cu2+、Cd2+与SeO32-共存的复杂污染水体优异的处理性能。通过XPS、固体核磁及XRD的表征,详细探究了LDO对于各类重金属离子的矿化机理,阐明了焙烧温度对LDO的“结构记忆效应”以及氧空位含量的影响综合决定了矿化性能,为发展高效、低成本同步矿化多金属污染物提供了新的研究思路。2.针对传统粉体LDH吸附剂在净化水体中重金属离子难以彻底回收,重金属污染物仍存在溶液体系中这一难题,本章选用静电纺丝聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜为基底,通过“预埋种子-外延生长”的策略合成了结构化的吸附膜材料PAN@MgAl-CO3（MgAl-CO3:MgAl-CO3-LDH）,并进一步通过酸刻蚀合成了PAN@MgAl-NO3（MgAl-NO3:MgAl-NO3-LDH）使之具有更多的缺陷位点。将两种材料用于水体中含氧阴离子CrO42-,SeO32-,MnO4-,和AsO2-的吸附,对比之下PAN@MgAl-NO3展现出更好的吸附性能。材料的结构表征结合DFT计算证明,CrO42-通过插入LDH层间被吸附,而SeO32-,MnO4-,和AsO2-则通过占据酸刻蚀形成的表面氧空位上而被去除。此外,基于结构化材料的灵活性和CrO42-的离子交换吸附机理设计了吸附剂的循环和再生实验,解决了粉体吸附剂无法回收再利用的问题。另外,为面向工业化应用,设计了能够实现连续处理废水的装置,能够将10 mg/L的CrO42-废水浓度即时降至国家污水排放标准以下。

关键词：层状双金属氢氧化物水处理超稳矿化重金属污染结构化材料吸附剂再生