基于最小二乘法的姿勢控制連續與間歇反饋模型參數估計研究

《Biological Cybernetics》:Estimating continuous and intermittent feedback models of postural control using the least squares method

【字體: 時間:2025年05月18日 來源:Biological Cybernetics 1.7

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  為解決姿勢控制機制中連續與間歇反饋模型參數識別不足的問題,研究人員通過踝關節扭矩信號,采用最小二乘法(LS)、非負最小二乘法及有界變量最小二乘法,對比分析了青年與老年人群在不同感官條件下的靜態站立數據。結果顯示模型擬合優度高(R2>0.86),被動剛度參數穩定而主動參數具有適應性,仿真驗證了模型有效性,為理解平衡調控機制提供了新方法。

  

這項研究像一場精密的"平衡解密實驗"——通過捕捉人體站立時的踝關節扭矩信號,運用最小二乘法(LS)這套數學"解碼器",成功破譯了姿勢控制中連續反饋和間歇反饋兩種模型的參數密碼。研究團隊收集了年輕人和老年人在不同感官條件(如睜眼/閉眼)下的身體搖擺數據,就像給平衡系統設置了多重"干擾測試"。

三種LS算法展現出驚人的建模能力,R2>0.86的擬合優度證明這些數學模型幾乎能完美復現真實的人體平衡調控。特別有趣的是,間歇模型中的被動剛度像"機械彈簧"般穩定,而主動控制參數則像"智能調節旋鈕"會隨感官條件變化,這種剛柔并濟的設計揭示了人體平衡系統的精妙適應性。

當把這些參數代入計算機仿真時,虛擬人體竟然跳起了與現實高度吻合的"搖擺舞步"。雖然模型還存在些許誤差,但這項研究為理解帕金森等平衡障礙疾病的神經機制提供了新的"數學顯微鏡",未來或能幫助開發更精準的康復評估工具。

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