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Adaptive Control of Lower-Limb Exoskeletons for Walking Assistance Based on Inter-Joint Coordination

Journal of Bionic Engineering 2024年第4期21卷 1775-1787页

作者： Chaoyang Li Lincong Luo Zhi Liu Tianchi chen Songxiang Liu Ye He xiaoan chen Lei Li Wei Tech Ang School of Mechanical Engineering Chongqing UniversityChongqing400044China Rehabilitation Research Institute of Singapore Singapore308232Singapore Department of Orthopedics Union HospitalTongji Medical CollegeHuazhong University of Science and TechnologyWuhan430022China School of Mechanical and Aerospace Engineering Nanyang Technological UniversitySingapore639798Singapore

Unilateral motor impairment can disrupt the coordination between the joints,impeding the patient’s normal *** assist such patients to walk normally and naturally,an adaptive control algorithm based on inter-joint coordination was proposed in this work for lower-limb *** control strategy can generate the reference trajectory of the affected leg in real time based on a motion coordination model between the joints,and adopt an adaptive controller with virtual windows to track the reference *** Short-Term Memory(LSTM)network was also adopted to establish the coordination model between the joints of both lower limbs,which was optimized by preprocessing angle information and adding gait phase *** the adaptive controller,the virtual windows were symmetrically distributed around the reference trajectory,and its width was adjusted according to the gait phase of the auxiliary *** addition,the impedance parameters of the controller were updated online to match the motion capacity of the affected leg based on the spatiotemporal symmetry factors between the bilateral *** LSTM coordination model demonstrated good accuracy and generality in the gait database of seven individuals,with an average root mean square error of 3.5 and 4.1 for the hip and knee joint angle estimation,*** further evaluate the control algorithm,four healthy subjects walked wearing the exoskeleton while additional weights were added around the ankle joint to simulate an asymmetric *** the experimental results,it was shown that the algorithm improved the gait symmetry of the subjects to a normal level while exhibiting great adaptability to different subjects.

关键词： Lower-limb exoskeleton Adaptive control Gait symmetry Inter-joint coordination Motion estimation

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阿里红多糖对运动性免疫抑制大鼠肠道菌群及免疫功能的影响

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食品工业科技 2024年第21期45卷 358-367页

作者：孔海军张亮谌晓安喀什大学体育学院新疆喀什844000 西藏民族大学体育学院陕西咸阳712082 吉首大学体育科学学院湖南湘西416000

目的:探讨不同剂量阿里红多糖(Fomes officinalis Ames polysaccharides,FOP)对运动性免疫抑制(Exercise-induced immunosuppression,EIS)大鼠肠道菌群及免疫功能的保护作用。方法:50只7~8周龄SPF级雄性SD大鼠随机分为对照组(NC组)、运动训练组(Ex组)、运动训练+低剂量FOP组(LFOP组,40 mg/(kg·d))、运动训练+中剂量FOP组(MFOP组,60 mg/(kg·d))和运动训练+高剂量FOP组(HFOP组,80 mg/(kg·d))。Ex组和各剂量FOP组采用6周跑台训练构建EIS模型,LFOP、MFOP、HFOP组每次训练后灌胃FOP。干预结束后,酶联免疫吸附试验检测血清免疫球蛋白G(Immunoglobulin G,IgG)、免疫球蛋白M(Immunoglobulin M,IgM)、白介素6(Interleukin-6,IL-6)、白介素10(Interleukin-10,IL-10)、干扰素γ(Interferon-γ,INF-γ)、肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)水平及肠道短链脂肪酸含量;细胞分析仪检测血清CD4+、CD8+的数量;16S rDNA检测大鼠肠道菌群结构变化;Western blot检测结肠组织紧密连接蛋白(Zonula occludens-1,ZO-1)、封闭蛋白(Occludin)、紧密连接蛋白4(Claudin4)蛋白表达。结果:与Ex组比较,LFOP、MFOP、HFOP组大鼠血清IgG、IgM、INF-γ、TNF-α、CD4+和CD8+极显著上升(P<0.01),血清IL-6、IL-10和LPS水平极显著降低(P<0.01);肠道短链脂肪酸含量和拟杆菌门、疣微菌门及乳杆菌属、拟杆菌属、毛螺菌属(未分类)、艾克曼菌属相对丰度极显著上升(P<0.01);结肠组织ZO-1、Occludin、Claudin4蛋白表达极显著上调(P<0.01)。此外,MFOP、HFOP组大鼠脾脏指数、胸腺指数、肠道菌群α多样性较Ex组极显著上升(P<0.01)。结论:FOP可能通过减轻炎症改善肠道菌群结构及活性,提高机体免疫功能,进而抑制EIS的发生发展。

关键词：运动性免疫抑制肠道菌群免疫功能阿里红多糖

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OBE理念下运动人体科学类课程线上线下混合式教学模式的构建及应用

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运动精品 2024年第2期43卷 4-6页

作者：谌晓安吉首大学体育科学学院湖南吉首416000

运动人体科学类课程是体育教育专业的核心主干课程,知识点繁多复杂,具有较强的理论性和实践性。其教学目标达成是专业人才培养目标达成的重要途径之一。文章采用文献资料法、实证法,基于“学生中心、产出导向、持续改进”的师范类专业... 详细信息

运动人体科学类课程是体育教育专业的核心主干课程,知识点繁多复杂,具有较强的理论性和实践性。其教学目标达成是专业人才培养目标达成的重要途径之一。文章采用文献资料法、实证法,基于“学生中心、产出导向、持续改进”的师范类专业认证理念,分析运动人体科学类课程教学目标、内容、方法手段、考核等存在的问题,探索构建基于超星泛雅信息化平台的线上线下混合式教学模式,并以吉首大学体育教育专业学生《运动解剖学》学习为对象进行实证研究。结果表明该混合式教学,拓展了学习空间和时间,对于细化教学内容、强化学习兴趣、提高知识运用和实践能力、提升学习效果具有重要作用。该教学模式得到了学生的高度认可。

关键词：师范专业认证运动人体科学课程教学

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坚定文化自信视域下的基层公共图书馆服务路径探析——以洋县图书馆为例

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当代图书馆 2024年第3期 19-23页

作者：陈小安洋县图书馆陕西汉中723300

文章在阐述坚定文化自信的时代意义和为文化自信提供坚强支撑的中华文化丰富内涵的基础上,以洋县图书馆服务实践为例,提出在国际国内异常严峻复杂形势下基层图书馆应采取的服务策略,即充分弘扬中华优秀文化,使亿万读者在获取精神滋养中... 详细信息

文章在阐述坚定文化自信的时代意义和为文化自信提供坚强支撑的中华文化丰富内涵的基础上,以洋县图书馆服务实践为例,提出在国际国内异常严峻复杂形势下基层图书馆应采取的服务策略,即充分弘扬中华优秀文化,使亿万读者在获取精神滋养中自觉坚定文化自信,以助力文化高质量发展,推动文化强国建设,实现中华民族伟大复兴的中国梦。

关键词：坚定文化自信基层公共图书馆服务策略

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脑源性神经营养因子介导帕金森病的运动防治:作用与机制

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中国组织工程研究 2025年第25期29卷 5454-5468页

作者：雷森林谌晓安陈平王兆锋吉首大学体育科学学院湖南省吉首市416000 北部湾大学体育学院广西壮族自治区钦州市535000

背景:运动干预作为经济有效的非物理疗法,可有效上调脑源性神经营养因子表达进而防治帕金森病发生发展,但目前关于靶向脑源性神经营养因子的运动治疗策略在延缓帕金森病发生发展的潜在作用机制尚不明晰。目的:以脑源性神经营养因子和帕... 详细信息

背景:运动干预作为经济有效的非物理疗法,可有效上调脑源性神经营养因子表达进而防治帕金森病发生发展,但目前关于靶向脑源性神经营养因子的运动治疗策略在延缓帕金森病发生发展的潜在作用机制尚不明晰。目的:以脑源性神经营养因子和帕金森病的关系为切入点,分析帕金森病病理状态下运动对脑源性神经营养因子表达的特异性调控作用及机制,梳理脑源性神经营养因子介导下不同运动方式对帕金森病的改善效果,并阐明靶向脑源性神经营养因子的运动治疗策略在防治帕金森病的潜在作用机制,旨在为运动防治帕金森病提供新的理论依据。方法:以“帕金森病,脑源性神经营养因子,神经保护,多巴胺,神经元异常凋亡,神经炎症反应,突触可塑性,运动”等为中文检索词;以“Parkinson’s disease,BDNF,Neuroprotection,neuroinflammation,synaptic plasticity”等为英文检索词,分别检索中国知网、万方数据库、PubMed和Web of Science数据库,搜寻各数据库建库至2024年2月发表的所有研究文献,根据纳排标准共获得核心相关文献98篇。结果与结论:①在帕金森病理背景下,运动可通过促进肌因子鸢尾素大量分泌,并降低色氨酸-犬尿氨酸代谢途径紊乱特异性调控脑源性神经营养因子表达。②有氧运动,尤其是特殊有氧运动(动物:旋转杆步行/人类:北欧健走)以及多模式运动可显著上调脑源性神经营养因子表达,进而改善帕金森病的运动症状,此外脑源性神经营养因子还介导身心运动(太极拳)对帕金森病患者认知障碍和睡眠障碍等非运动症状的有效调节。③运动诱导的高表达脑源性神经营养因子可能通过上调抗炎因子白细胞介素10、神经生长因子β和转化生长因子β表达,下调促炎因子肿瘤坏死因子α及白细胞介素1β表达,并抑制核转录因子κB信号通路表达降低小胶质细胞活性减轻神经炎症反应;增加酪氨酸羟化酶活性以促进多巴胺合成释放,并通过下调基质金属蛋白酶3及糖原合成酶激酶3β表达抑制α-突触核蛋白在丝氨酸129位点的磷酸化修饰,以防止神经异常凋亡;诱导突触效能的长时程增强发生,促进突触后致密区蛋白95及突触素大量表达以改善突触可塑性,发挥神经保护作。④鉴于脑源性神经营养因子在帕金森病发病进程及治疗中发挥重要作用,靶向脑源性神经营养因子的运动治疗策略将有助于推动帕金森病疾病“运动+药物”精准医疗的发展。但由于目前研究采用的运动处方较为单一,且研究焦点主要围绕运动症状而缺乏对非运动症状的考察,因此亟待学者采用更加统一和系统的运动处方,围绕非有氧运动类型对同一批帕金森病患者进行长期纵向跟踪研究,以此完善帕金森病运动防治领域研究的不足。

关键词：运动帕金森病脑源性神经营养因子神经保护神经炎症多巴胺 α-突触核蛋白突触可塑性神经元凋亡非运动症状

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Analytical geometry method of planetary gear trains

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Science China(Technological Sciences) 2012年第4期55卷 1007-1021页

作者： chen xiaoan chen Hong State Key Laboratory of Mechanical Transmissions Chongqing UniversityChongqing 400044China

This paper presents an analytical geometry method for kinematics and efficiency of planetary gear trains (PGTs). The novel method which is capable of evolution and contrast analysis of mechanism kinematics, can be applied to any typical one-and two-degree-of-freedom plane PGTs containing any number of simple, compound or complex-compound planetary gear sets. The efficiency analysis of this method features a systematized and programmed process and its independence of the speed ratio. The primary contribution of this work lies in the integration of quantitative calculation, qualitative evolution and comparative analysis of kinematics of PGTs into one diagram, and in the integration of kinematics and efficiency analysis into a single method system. First, the analytical geometry method is defined, its basic properties are given, and the systematization procedure to perform kinematic analysis is demonstrated. As an application, analytical geometry diagrams of common PGTs are exhibited in the form of a list, whose kinematic characteristics and general evolution tendency are discussed. Then, with the mapping of PGTs onto the angular speed plane, the efficiency formula of analytical geometry, which has an extremely concise form, and a simple method for power flow estimation are put forward. Moreover, a general procedure is provided to analyze the efficiency and power flow. Finally, four numerical examples including a complicated eleven-link differential PGTs are given to illustrate the simpleness and intuitiveness of the analytical geometry method.

关键词： analytical geometry planetary gear trains kinematics efficiency analysis method

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秸秆还田下土壤孔隙演化及其对溶质穿透特征的影响机理分析

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农业机械学报 2024年第4期55卷 312-326页

作者：段正宇朱成立车子刚嵇洪波王策陈晓安河海大学农业科学与工程学院南京211100 东南大学医学院附属南京同仁医院医学影像科南京211102 江西省水利科学院南昌330029

为揭示秸秆粉碎还田后,不同腐解进程下土壤孔隙演化及其对水分和溶质穿透特征的影响机理,设置不同秸秆还田量(0、5、10、15 t/hm^(2))和还田时间(0、30、60 d)处理,采用CT断层扫描技术,视觉量化了土壤孔隙结构特征演变,并基于溶质穿透试... 详细信息

为揭示秸秆粉碎还田后,不同腐解进程下土壤孔隙演化及其对水分和溶质穿透特征的影响机理,设置不同秸秆还田量(0、5、10、15 t/hm^(2))和还田时间(0、30、60 d)处理,采用CT断层扫描技术,视觉量化了土壤孔隙结构特征演变,并基于溶质穿透试验,分析了水分-溶质迁移优先流规律。结果表明,秸秆还田引起土壤孔隙/喉道特征变化,抑制水分-溶质迁移过程,田间持水率和土壤含水率上升,溶质穿透变慢,优先流现象减少,土壤水肥有效持留;随秸秆腐解至60 d,孔隙/喉道特征改变,优先流开始发育,但土壤水肥持留能力增强。秸秆还田5、10、15 t/hm^(2)初期,和CK组相比大孔隙体积占比分别减少7%、14%、50%,连通孔隙减少11%、39%、66%,表层含水率增加1%、3%、6%。腐解60 d后,和0 d相比大孔隙体积占比分别增加331%、200%、357%,连通孔隙增加33%、84%、195%,表层含水率增加6%、5%、5%,完全穿透试样所需溶质减少55%、76%、67%。基于Green-Ampt模型和指数衰减模型估算了不同秸秆初始投入量在不同腐解时间下的导水特征,发现饱和导水率在秸秆还田后减小,且随秸秆腐解增大。研究可为控制大孔隙流和无效灌溉提供依据,进一步为秸秆科学还田提供实践指导。

关键词：秸秆腐解孔隙结构三维特征大孔隙优先流计算机断层扫描穿透曲线

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运动调控BDNF表达改善阿尔茨海默病的潜在作用机制研究进展

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中国细胞生物学学报 2024年第6期46卷 1249-1262页

作者：雷森林陈平谌晓安吉首大学体育科学学院吉首416000

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的神经退行性疾病,该病以记忆衰退、认知功能障碍、精神行为异常及执行力丧失为主要病症,并在逐渐发展过程中严重损害患者生活质量。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic fa... 详细信息

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的神经退行性疾病,该病以记忆衰退、认知功能障碍、精神行为异常及执行力丧失为主要病症,并在逐渐发展过程中严重损害患者生活质量。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)作为内源性“神经保护剂”,是AD发生发展相关致病因素的有效调节因子,但其表达在AD病程中异常下调。运动疗法作为有效防治AD安全经济的非药物手段,可通过骨骼肌因子irisin促进BDNF表达,骨骼因子OCN也可能参与BDNF的有效调控。有氧、抗阻及认知运动可在一定程度上促进BDNF表达以诱发其神经保护作用,进而改善AD相关病症。运动调控BDNF改善AD的潜在作用机制包括减少Aβ异常沉积、抑制Tau蛋白代谢异常、削弱神经炎症反应以及改善突触可塑性损伤四个方面。该文以BDNF在AD发病进程中的作用为切入点,详细分析了AD病理状态下运动调控BDNF表达的可能机制,着重梳理了靶向BDNF的不同运动干预方式对AD的改善效果,并重点阐述了BDNF参与运动延缓AD发生发展的潜在作用机制,旨在为运动防治AD提供新的理论依据和思路视角。

关键词：运动 BDNF 神经保护阿尔茨海默病

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不同秸秆还田模式下红壤坡耕地产流产沙特征

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 120-129页

作者：杜勇强常婷婷陈晓安王策江西省水利科学院江西省土壤侵蚀与防治重点实验室江西南昌330029 河海大学农业科学与工程学院江苏南京210098 固原市水利水电勘测设计研究院有限公司宁夏固原756000 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330029

通过人工模拟降雨试验,研究不同秸秆还田量(0.30、0.45、0.60和0.75 kg/m^(2))和不同还田方式(粉碎覆盖还田(crushed mulch reversion,CV)、粉碎翻耕还田(crushed tillage reversion,RT)、覆盖-粉碎翻耕还田(mulch-crushed tillage reversion,CR))下地表产流产沙变化过程,分析秸秆不同还田方式和不同还田量下地表产流产沙规律及其内在机理。结果表明:1)在相同还田方式下,秸秆还田量对产流时间有显著影响,随着秸秆还田量增加,初始产流时间、产流稳定时间均增加;在相同秸秆还田量下,CV和RT产流时间差异不大,CR推迟产流时间最明显,CR初始产流时间比对照组推迟19.42~55.17 min。2)在相同还田方式下,随着秸秆还田量增加,地表径流初始产流强度、稳定产流强度减小,地表总产流量显著减小,其中RT、CR在0.60 kg/m^(2)与0.75 kg/m^(2)还田量时地表总产流无显著差异;相同秸秆还田量时,CR减流效益显著大于CV、RT,初始径流强度较对照组减少23.64~44.04 mm/h,地表总产流量较对照组减少55.74%~98.92%。3)在相同还田方式下,随着秸秆还田量增加,产沙强度不断减小,地表总产沙显著减小,3种还田方式下还田量在0.60 kg/m^(2)与0.75 kg/m^(2)时地表总产沙无显著差异;相同秸秆还田量下,CR减沙效益大于CV、RT,较对照组减沙效益为93.73%~99.99%。可见,0.60 kg/m^(2)覆盖-粉碎翻耕还田为最佳还田模式。

关键词：红壤坡耕地人工模拟降雨秸秆还田产流产沙

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红壤坡地果园产流产沙及氮磷流失对坡面水土保持措施的响应

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水利学报 2024年第7期55卷 802-814页

作者：伍冰晨陈晓安汤崇军胡译水蔡袁海徐晓晗江西省水利科学院江西南昌330029 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心单位江西南昌330029 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室江西南昌330029 中国市政工程西南设计研究总院有限公司四川成都610081

坡地果园随降雨-径流-侵蚀-养分输出过程所带来的土地生产力衰退及水体污染是制约红壤丘陵区经济发展和生态安全的关键问题之一。为明确降雨条件和水土保持措施对产流产沙和氮磷流失特征的定量影响,本研究以江西水土保持生态科技园2020... 详细信息

坡地果园随降雨-径流-侵蚀-养分输出过程所带来的土地生产力衰退及水体污染是制约红壤丘陵区经济发展和生态安全的关键问题之一。为明确降雨条件和水土保持措施对产流产沙和氮磷流失特征的定量影响,本研究以江西水土保持生态科技园2020—2022年的坡地果园径流小区次降雨-径流观测数据为基础,分析不同水土保持措施下降雨量、降雨强度对含沙量、径流系数的定量影响,进而分析产流产沙与氮磷流失的定量关系。研究结果表明:(1)不同水土保持措施下,含沙量、径流系数随降雨量、雨强的变化趋势存在差异,带状植草(S1)、全园植草(S2)、水平梯田(S3)、水平梯田+梯壁植草(S4)相比清耕对照(CK)的平均含沙量分别降低17.8%、42.3%、22.6%、47.9%,平均径流系数分别降低60%、71.8%、26.4%、56.4%,植被措施相比工程措施能更好地调节径流,工程措施相比植被措施能更好地拦截泥沙;(2)在S1、S2、S3、S4、CK条件下,可溶性总氮总氮(STN TN)分别为48.2%、45.6%、44.2%、45.9%、45.7%,可溶性总磷总磷(STP TP)分别为52.9%、50.0%、47.2%、45.2%、47.4%,表明不同措施相比对照条件,氮磷的流失形态并未出现显著的变化;(3)S1、S2、S3、S4相比CK,TN的平均浓度变化分别为-8.2%、-13.4%、15.0%、-12.1%,STN的平均浓度变化分别为-3.2%、-13.6%、11.4%、-11.7%,TP的平均浓度变化分别为-10.5%、-21.0%、39.5%、10.5%,STP的平均浓度变化分别为0、-16.7%、38.9%、5.5%,相比工程措施,植被措施对于氮磷流失浓度的控制能起到更为关键的作用。研究成果对于红壤丘陵区果园坡地水土保持措施合理布设具有重要意义。

关键词：降雨产流产沙水土保持氮磷流失果园

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