一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法及系统

本发明涉及神经调控与脑电信号处理，尤其涉及一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法及系统。

背景技术：

1、睡眠障碍在运动员群体中呈现高发态势。运动员除承受普通人群面临的社会心理应激外，还需应对高强度训练、竞赛压力、频繁差旅及恢复不足等运动专项要求。反复暴露于高训练负荷会打破神经激活与恢复之间的平衡，改变神经内分泌调节，形成持续的生理性与认知性过度唤醒状态，进而损害睡眠启动和睡眠维持。流行病学数据表明，运动员睡眠障碍患病率高于年龄匹配的非运动人群，总体风险约高1.5倍，22%至26%的受影响运动员存在严重症状。睡眠不足将损害生理恢复、训练适应、认知功能及运动专项表现，同时增加疲劳和损伤易感性，面向运动员的慢性失眠障碍干预措施在运动神经科学与临床实践中均具有重要价值。

2、药物治疗仍是失眠的常用手段，苯二氮䓬类及相关镇静催眠药可缩短入睡潜伏期和减少夜间觉醒，但长期或不恰当使用可能带来日间残余镇静、认知损害、耐受、依赖及正常睡眠结构改变。上述不良反应对运动员尤为不利，精神运动警觉性、反应时、运动协调和恢复质量均直接关联训练与竞赛表现，且竞技体育中的药物使用还需符合反兴奋剂规定及治疗用药豁免要求。能够改善睡眠并减少全身性不良反应的非药物干预正获得更多关注。

3、重复经颅磁刺激通过调节皮层兴奋性和睡眠相关神经网络，在失眠治疗中展现出一定潜力，但传统方案单次刺激时间较长且需多次就诊，难以融入训练紧张、竞赛频繁、恢复时间受限的运动员日常。连续性θ爆发式刺激以50 hz的3脉冲簇按5 hzθ频率重复组成标准序列，可在更短时间内、以相对较低刺激强度实施，神经调控效应可持续至刺激结束后，时间效率较高且能诱导持久神经可塑性变化，对运动员人群具有特殊适用价值。尽管初步证据提示连续性θ爆发式刺激可能缓解失眠症状，但现有研究主要集中于单次刺激对健康个体的即时效应，缺乏针对运动员群体的完整疗程干预研究；同时，现有方案中微状态分析仅作为观察终点指标用于描述刺激后效应，尚未见将微状态动力学参数作为指导刺激靶点与参数选择依据的报道，亦缺乏通过刺激前后微状态动力学对比来量化评估调控效果的完整技术方案。在运动员群体中，经过完整疗程后是否重塑脑状态动力学尚不明确。

4、静息态脑电图具有无创和高时间分辨率优势，适于表征参与失眠及神经调控反应的快速脑动力学。脑电图微状态分析将连续脑活动分割为持续数十毫秒的准稳定头皮电位拓扑，反映大尺度神经网络的瞬时构型，通过平均持续时间、出现频次、贡献度及转换概率等参数捕捉全脑神经状态的时间组织。近期证据表明单次θ爆发式刺激即可对健康个体的静息态脑电图微状态产生频率特异性调节。在慢性失眠运动员中，重复治疗性连续性θ爆发式刺激是否重塑脑微状态动力学，目前缺乏充分研究。考察上述刺激诱导的脑微状态动力学变化，有助于阐明神经调控如何重塑慢性失眠运动员静息态脑活动的时间架构，为理解治疗运动员慢性失眠的潜在作用提供机制性依据。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法及系统。

2、第一方面，本发明提供一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法，该方法的技术方案如下：

3、获取运动员在静息态下的脑电图信号；

4、对所述脑电图信号进行微状态分析，提取所述脑电图信号的微状态动力学参数；

5、根据所述微状态动力学参数，确定连续θ爆发刺激的刺激靶点和刺激参数；

6、控制刺激装置按照所述刺激靶点和所述刺激参数向所述运动员施加连续θ爆发刺激；

7、在所述连续θ爆发刺激结束后，再次获取所述运动员在静息态下的脑电图信号，并对再次获取的所述脑电图信号进行微状态分析，得到刺激后微状态动力学参数；

8、对比所述刺激后微状态动力学参数与所述微状态动力学参数，根据对比结果评估所述连续θ爆发刺激对所述运动员脑状态的调控效果。

9、本发明的一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法的有益效果如下：

10、本发明的方法通过获取运动员静息态脑电图信号并进行微状态分析，提取微状态动力学参数以指导连续性θ爆发刺激靶点与刺激参数的个体化选择，在刺激结束后再次采集脑电图信号并对比刺激前后微状态动力学参数变化，解决了运动员慢性失眠障碍干预中刺激方案缺乏客观神经状态依据、调控效果难以量化评估的问题，实现了刺激靶点与参数的精准匹配以及脑状态调控效果的客观评价，提升了运动员睡眠障碍非药物干预的科学性与针对性，为运动员神经调控方案的优化提供了数据支撑。

11、在上述方案的基础上，本发明的一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法还可以做如下改进。

12、在一种可选的方式中，对所述脑电图信号进行微状态分析，提取所述脑电图信号的微状态动力学参数的步骤，包括：

13、计算所述脑电图信号的全局场功率，提取所述全局场功率的局部峰值点所对应的时刻的电势地形图；

14、对所述电势地形图进行聚类，得到至少一类微状态及对应的特征拓扑图；

15、将每类微状态对应的特征拓扑图与所述脑电图信号各时刻的电势地形图进行匹配，构建微状态时间序列，并根据所述微状态时间序列提取所述微状态动力学参数。

16、采用上述可选方式的有益效果为：进一步细化微状态分析流程，依次完成全局场功率计算、电势地形图聚类及时间序列匹配，使脑电信号中准稳定头皮电位拓扑的提取过程更为清晰，为后续动力学参数计算奠定标准化基础。

17、在一种可选的方式中，所述微状态动力学参数包括每类微状态的平均持续时间、出现频次、时间覆盖率和转移概率。

18、采用上述可选方式的有益效果为：进一步明确微状态动力学参数由平均持续时间、出现频次、时间覆盖率和转移概率构成，使脑电微状态的时间组织特征得以从多个维度量化，为刺激方案制定提供更丰富的神经状态信息。

19、在一种可选的方式中，所述刺激参数包括簇内脉冲频率、簇频率、每簇脉冲数和总脉冲数。

20、采用上述可选方式的有益效果为：进一步明确刺激参数涵盖簇内脉冲频率、簇频率、每簇脉冲数和总脉冲数，使连续性θ爆发刺激的脉冲模式得以量化描述，便于根据个体神经状态差异对刺激输出进行精细化调节。

21、在一种可选的方式中，所述刺激靶点为背外侧前额叶皮层。

22、采用上述可选方式的有益效果为：进一步将背外侧前额叶皮层确定为刺激靶点，这一脑区与睡眠调节及认知控制功能密切相关，可使连续性θ爆发刺激直接作用于运动员睡眠障碍相关的关键神经环路，有助于改善睡眠启动与维持。

23、在一种可选的方式中，在所述连续θ爆发刺激结束后，等待预设时间间隔后再执行再次获取所述运动员在静息态下的脑电图信号的步骤。

24、采用上述可选方式的有益效果为：进一步在刺激结束与再次采集脑电图之间设置预设时间间隔，为神经调控效应的充分表达留出缓冲期，避免刺激伪迹干扰后续信号采集，使刺激后微状态动力学参数能够更真实反映脑状态变化。

25、在一种可选的方式中，根据对比结果评估所述连续θ爆发刺激对所述运动员脑状态的调控效果的步骤，包括：

26、计算所述刺激后微状态动力学参数与所述微状态动力学参数之间的差异值，当所述差异值超过预设阈值时，判定所述连续θ爆发刺激对所述运动员脑状态产生调控。

27、采用上述可选方式的有益效果为：进一步通过计算刺激前后微状态动力学参数的差异值并与预设阈值比较，建立脑状态调控效果的量化判定标准，使刺激是否引起脑微状态动力学改变得以客观衡量，为干预后疗效评价提供判断依据。

28、第二方面，本发明提供一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控系统，该系统的技术方案如下：

29、获取模块，用于获取运动员在静息态下的脑电图信号；

30、提取模块，用于对所述脑电图信号进行微状态分析，提取所述脑电图信号的微状态动力学参数；

31、确定模块，用于根据所述微状态动力学参数，确定连续θ爆发刺激的刺激靶点和刺激参数；

32、控制模块，用于控制刺激装置按照所述刺激靶点和所述刺激参数向所述运动员施加连续θ爆发刺激；

33、采集模块，用于在所述连续θ爆发刺激结束后，再次获取所述运动员在静息态下的脑电图信号，并对再次获取的所述脑电图信号进行微状态分析，得到刺激后微状态动力学参数；

34、调控模块，用于对比所述刺激后微状态动力学参数与所述微状态动力学参数，根据对比结果评估所述连续θ爆发刺激对所述运动员脑状态的调控效果。

35、本发明的一种基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控系统的有益效果如下：

36、本发明的系统通过获取运动员静息态脑电图信号并进行微状态分析，提取微状态动力学参数以指导连续性θ爆发刺激靶点与刺激参数的个体化选择，在刺激结束后再次采集脑电图信号并对比刺激前后微状态动力学参数变化，解决了运动员慢性失眠障碍干预中刺激方案缺乏客观神经状态依据、调控效果难以量化评估的问题，实现了刺激靶点与参数的精准匹配以及脑状态调控效果的客观评价，提升了运动员睡眠障碍非药物干预的科学性与针对性，为运动员神经调控方案的优化提供了数据支撑。

37、第三方面，本发明的一种电子设备的技术方案如下：

38、包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明的基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法的步骤。

39、第四方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质的技术方案如下：

40、计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机可读存储介质读取所述指令时，使所述计算机可读存储介质执行如本发明的基于连续θ爆发刺激的运动员脑状态调控方法的步骤。

41、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。