神经反馈提升注意及SSVEP脑机接口使用技能

• 作者: 孙劲男 张山根 高小榕
• 来源期刊: 中国生物医学工程学报
• 关键词: 神经反馈训练 脑机接口 注意 alpha波 注意控制网络
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 论著|Regular Papers
• 页码范围: 33-43
• 页数: 11页
• 分类号: R318
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.0258-8021.2021.01.04

摘要

过去20年中,神经工程领域在神经信号的解码(如脑机接口等)和神经调控(如电磁刺激和神经反馈)两大分支上都取得巨大的进步,然而注意的内在机制和行为表现之间的关系依然值得深入探究.通过执行不同难度的快速序列视觉呈现任务,采集得到包含被试者不同注意程度的脑电数据(30例被试),并使用有向信息传递函数进行分析,进而整理得到注意状态的网络信息特征.随后参考这些特征,设计神经反馈训练方法,以提高注意力及稳态视觉诱发电位脑机接口的使用技能.导联间连接强度分析结果表明,在视觉任务中,前额叶、顶叶和枕叶构成联合处理网络系统.在该网络系统中,顶叶起到中心控制的作用,alpha波振荡参与了注意的调制过程.设计上调顶叶的alpha频带能量的神经反馈训练,并发现该方法可以有效调节注意相关的控制网络,从而提高注意力,增强SSVEP脑机接口的使用技能表现.以信噪比、准确率和信息传输率等指标来衡量脑机接口的使用技能,发现实验组(24人)经神经反馈训练后各项指标均有显著性提升(P＜0.05).其中,训练前后的信噪比分别为(-15.23±5.91)dB和(-14.72±4.83)dB,训练前后的准确率分别为78.93％±0.14％和83.65％±0.14％,训练前后的信息传输率分别为103.21±28.49和119.35±25.14.然而,未经训练的对照组(22人)则没有明显变化.注意测试的结果也进一步表明,该训练方法能通过提高顶叶的注意相关的控制能力来提高注意程度,进而提高稳态视觉诱发电位脑机接口的使用技能表现.提出一种有效的神经调节方法,也有助于解释顶叶在脑控制网络中的作用.