Page 130 - 《软件学报》2026年第5期
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李信金 等: 视听协同的交互式步态干预训练 2009
PD、创伤性脑损伤和其他疾病的运动治疗中, 尤其是步态改善方面, 能够发挥显著的治疗效果. 听觉和运动系统
在不同的皮质、皮质下和脊髓水平上具有丰富的连接性, 听觉系统能够将信号投射到大脑的运动结构中, 在节律
信号和运动反应之间产生夹带, 因此听觉提示能够有效改善步态表现. 虽然听觉刺激在步态干预方面展现了极大
的发展潜力, 但静态节律生成、单一目标导向及缺乏多模态协同等问题限制了听觉提示的应用. 并且目前的听觉
刺激大多关注于速度的提升, 缺乏对对称性等维度的思考.
2 面向早期 PD 步态障碍的视听协同训练方法
针对现有干预方法缺乏对多模态提示协同及训练中患者状态感知的考虑, 本文提出一种基于用户步态数据生
成多模态提示的视听协同训练方法, 如图 1 所示, 旨在通过视听等多模态提示的协同作用诱导早期 PD 患者改善
运动模式, 从而提高行走的对称性, 延缓早期 PD 患者运动功能退行. 基于所提出的方法, 本文进一步搭建了交互
式干预训练系统, 如图 2 所示, 该系统包含 3 个部分: 感知端、系统端、呈现端. 其中, 感知端包含 2 个 IMU, 用于
感知用户步态数据; 系统端用于搭载多模态提示生成框架, 计算步态参数 (本文步态参数具体定义见后文表 1) 与
多模态提示参数, 并通过分析多模态提示与步态的匹配度, 更新多模态提示参数; 呈现端选用增强现实眼镜呈现多
模态提示, 目前本系统呈现端选用 HoloLens 眼镜, 因为它支持增强现实和开放式耳机集成到单一设备中, 保留了
环境信息和声音, 提高了安全性.
周期
步
高
加速度 角速度
图 1 针对早期 PD 患者步态障碍的视听协同训练方法
感 提示 提示
知 步态数据获取 通信交互 提示生成 迭代 保持
端
Y η≥60% N
系 步态参数计算 通信交互 通信交互
统
端 匹配度计算 参数迭代 呈现端 步态参数获取
图 2 交互式干预训练系统组成
2.1 神经可塑性驱动的多模态提示调节
神经影像学研究揭示了人的感知系统与运动系统之间存在密切神经关联, 当个体感知外部信息时, 基底神经
节表现出显著的激活增强 [43] . 这种激活贯穿脑干、脊髓、小脑、基底神经节和皮层环路, 能够整合感知与运动执
行 [44] . 感知系统与运动系统之间的广泛神经连接为多模态提示与步行运动的同步提供了基础, 通过感知多模态刺
激的时间结构和层次特征, 诱发大脑产生相应频率的神经振荡, 从而使肢体运动自发地与外部提示保持同步 [45] .
