مدل عصبي- عضلاني

Download Report

Transcript مدل عصبي- عضلاني

‫دانشکده مهندس ي پزشکي‬
‫ارائه‪:‬‬
‫يگانه محمدعلي مرغي‬
‫‪88133056‬‬
‫استاد درس‪:‬‬
‫دکتر فرزاد توحيدخواه‬
‫سمينار درس مدلسازي‬
‫نيمسال اول ‪88-89‬‬
‫فهرست مطالب‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫مقدمه‬
‫معرفي چند اصطالح‬
‫معرفي مدل ارائه شده‬
‫مدل عصبي‪ -‬عضالني‬
‫مدل اسکلتي‪ -‬عضالني‬
‫مدل عصبي‪ -‬عضالني‪ -‬اسکلتي‬
‫نتايج شبيه سازي‬
‫جمع بندي و نتيجه گيري‬
‫چرا مدل‬
‫هدف مدل‬
‫کاربردهاي مدل‬
‫درک و فهم سيستم عصبي‪ -‬عضالني‬
‫و بررس ي آن به منظور شبيهسازي و‬
‫پيکري و‬
‫هايهاي‬
‫واکنش‬
‫شبيه‬
‫مختلف‬
‫ي زمينه‬
‫سازدر‬
‫استفاده‬
‫تشخيصردن بيماري‬
‫سيستم‬
‫اطالعاتهاي‬
‫حرکتي آن‬
‫بدست آو‬‫عصبي‪ -‬عضالني‪ -‬اسکلتي‬
‫ استفاده از اطالعات حرکتي در‬‫زمينه هاي مختلف‪ :‬مهندس ي ورزش‪،‬‬
‫توانبخش ي‪ ،‬بيومکانيک‪ ،‬نورولوژي و‬
‫‪....‬‬
‫معرفي اصطالحات‬
‫• واکنش (‪ :)reflex‬واکنش ي نسبت به تحريک وارده که به طور غيرارادي و خودبه خودي و‬
‫بدون عبور از ضمير خودآگاه با سرعت زيادتر از اعمال ارادي اتفاق مي افتد‪.‬‬
‫انواع واکنش‬
‫‪Phasic Reflexes‬‬
‫‪Tonic Reflexes‬‬
‫)‪Somatic Reflexes (Pellatar Reflex‬‬
‫‪Spinal Reflexes‬‬
‫…‬
‫‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫معرفي اصطالحات‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫گيرنده حس ي (‪)Sensory Receptor‬‬
‫نورون حرکتي (‪)Motor Neuron‬‬
‫دوک عضالني (‪)Muscle Spindle‬‬
‫تاندون گلژي (‪)Golgi Tendon‬‬
‫مدل عصبي‪ -‬عضالني‪-‬‬
‫اسکلتي‬
‫مدل عصبي‪-‬‬
‫عضالني‬
‫مدل اسکلتي‪-‬‬
‫عضالني‬
‫مدل عضله‬
‫مدل تاندون‬
‫گلژی‬
‫مدل دوک‬
‫عضالني‬
‫‪ N-RU‬ها گيرنده سيگنال هاي‬
‫مغزي و ‪ N-MN‬ها مربوط به‬
‫نورون هاي حرکتي هستند‪.‬‬
‫‪ ‬ساختار سلسله مراتبي‬
‫‪‬مبتني بر شبکه عصبي‬
‫‪ 5 ‬اليه‬
‫‪ ‬ورودي شبکه‪ :‬مولفه هاي مستقل‬
‫بدست آمده از ‪ICA‬‬
‫‪ ‬خروجي شبکه‪ :‬فعاليت عضله‬
‫ورودي اين نورون ها‬
‫اطالعات بدست آمده‬
‫از تکنيک ‪ ICA‬است‪.‬‬
‫‪ N-RM‬ها گيرنده سيگنال از نرون‬
‫هاي حرکتي و ‪ N-MS‬ها مربوط‬
‫به نورون هاي دوک عضالني‬
‫هستند‪.‬‬
‫تحليل مولفه هاي مستقل (‪)ICA‬‬
‫• تحليل مولفههاي مستقل روش ي است براي جداسازي سيگنال به مجموع چند‬
‫سيگنال ديگر به طوري که سيگنال هاي حاصل مستقل و داراي توزيع‬
‫غيرگوس ي باشند‪.‬‬
-Simple wire mode
- wire model with via- point
𝑔 𝑡 = 4.3𝑣0.6 𝑡 + 2𝑑 𝑡 + 𝑓𝑚
1000 frames,
5secondes, using an
optical
motion
capture
‫شبکه‬
‫تعليم‬
‫شناسايي و‬
V= velocity of muscle
d= muscle length
fm= average discharge rate
g= discharge rate of primery
ending
Muscle length
& velocity
Delay:
30 ms
𝜏𝐺 = 𝐽𝑇 𝑓
𝜕𝑙
𝐽≜
𝑓 + 𝑎 𝑏 + 𝑣 = 𝑐𝑡𝑒
𝜕𝜃
J= jacobian matrix of wire
length
f= muscle tension
T= torque
‫جدول پارامترهاي وزن‬
‫• به ازاي ‪ 30000‬بار تکرار‬
‫• خطاي سيستم‪:‬‬
‫ميانگين ‪%5/75‬‬
‫واريانس ‪%1/32‬‬
‫)𝑡(𝑠 ‪𝑢𝑠 𝑡 = 𝑊𝑖𝑐𝑎 .‬‬
‫شبيه سازي‬
‫)𝑡( 𝑠𝑜‬
‫) 𝑓𝑒𝑟𝑡 ‪𝑊𝑔 𝑊𝑚𝑠 . 𝑜𝑔 (𝑡 −‬‬
‫) 𝑓𝑒𝑟𝑡 ‪𝑜𝑚𝑠 (𝑡 −‬‬
‫)𝑡( 𝑠𝑢 𝑓 = 𝑡 𝑠𝑜‬
‫)𝑡( 𝑚𝑢 𝑓 = 𝑡 𝑎‬
‫𝑒𝑛𝑖𝑝𝑠𝑊 = 𝑡 𝑚𝑢‬
‫‪1‬‬
‫‪𝑓 𝑥 =2‬‬
‫‪−1‬‬
‫𝑥𝑒 ‪1 +‬‬
Patellar tendon reflex
‫‪ ‬طرح مدل عصبي‪ -‬عضالني‪ -‬اسکلتي جهت بررس ي اين سيستم‬
‫‪ ‬ارائه مدلي براي سيستم عصبي‪ -‬عضالني‬
‫‪ ‬ارائه مدل اسکلتي‪ -‬عضالني‬
‫‪ ‬ارائه مدل عصبي‪ -‬عضالني‪ -‬اسکلتي‬
‫ درنظر گرفتن مدل دوک عضالني‬‫‪‬مزاياي مدل ارائه شده‬
‫‪ -‬قابليت شبيه سازي واکنش هاي بدن‬
‫‪ -‬مدلي کاربردي با دقت مناسب‬
‫با سپاس از توجه شما‬
‫مراجع‬
[1] A. Murai, K. Yamane, and Y. Nakamura., “Modeling and Identifying of Human
Neuromusculoskeletal Network Based on Biomechanical Property of Muscle. ”
Proceedings of the 30th IEEE EMBS Annual International Conference, 2008.
[2] A. Murai, K. Yamane, and Y. Nakamura., “Modeling and identifying the somatic
reflex network of the human neuromuscular system. ” Proceedings of the 29th IEEE
EMBS Annual International Conference, pages 2717- 2721, 2007.
[3] Y. Nakamura, K. Yamane, and A. Murai., “Macroscopic modeling and identification
of the human neuromuscular network. ” Proceedings of the 28th IEEE EMBS
Annual International Conference, pages 99–105, 2006.
[4] Y. Nakamura, K. Yamane, Y. Fujita, and I. Suzuki, “Somatosensory computation for
man-machine interface from motion capture data and musculoskeletal human
model. ” IEEE Transactions on Robotics, 21(1): 58- 66, 2005.
[5] A. Hill, “The heat of shortening and the dynamic constants of muscle.” Proceeding of
the Royal Society of London, B126:136–195, 1938.
[6] A. Hyvarinen, E. Oja, “Independent Component Analysis: Algorithm and
Applications,” Neural Networks Research Center, Neural Networks,13(4-5): 411430, 2000.