Objective: Functional coupling between the motor cortex and muscle activity is commonly detected and quantified by cortico-muscular coherence (CMC) or Granger causality (GC) analysis, which are applicable only to linear couplings and are not sufficiently sensitive: some healthy subjects show no significant CMC and GC, and yet have good motor skills. The objective of this work is to develop measures of functional cortico-muscular coupling that have improved sensitivity and are capable of detecting both linear and non-linear interactions. Methods: A multiscale wavelet transfer entropy (TE) methodology is proposed. The methodology relies on a dyadic stationary wavelet transform to decompose electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) signals into functional bands of neural oscillations. Then, it applies TE analysis based on a range of embedding delay vectors to detect and quantify intra- and cross-frequency band cortico-muscular coupling at different time scales. Results: Our experiments with neurophysiological signals substantiate the potential of the developed methodologies for detecting and quantifying information flow between EEG and EMG signals for subjects with and without significant CMC or GC, including non-linear cross-frequency interactions, and interactions across different temporal scales. The obtained results are in agreement with the underlying sensorimotor neurophysiology. Conclusion: These findings suggest that the concept of multiscale wavelet TE provides a comprehensive framework for analysing cortex-muscle interactions. Significance: The proposed methodologies will enable developing novel insights into movement control and neurophysiological processes more generally.


翻译:目标:发动机皮层与肌肉活动之间的功能性结合,通常通过肌肉骨质一致性(CMC)或Granger因果性(GC)分析来检测和量化,这些分析仅适用于线性结合,而且不够敏感:一些健康对象没有表现出明显的CMC和GC, 但却具备良好的运动技能。这项工作的目的是制定功能性骨质结合的测量方法,提高敏感性,并能在不同时间尺度上检测到线性和非线性相互作用。方法:提出了多比例级波盘转移恒本体(TE)方法。该方法依赖于对定级波盘的转换,将电离心图(EEEEG)和电离心仪(EMG)信号转换成神经性循环的功能性关系。然后,根据一系列嵌入延迟矢量矢量矢量矢量矢量矢量的矢量混合矢量组合来进行技术分析,在不同时间尺度上检测和量化内和跨频谱波团的线性结合。结果:我们用神经物理信号进行实验,以证实开发方法的潜力,用以检测和量化信息流动,而没有将EEG和EG和EM的电流分析方法进行重大的跨级分析。

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