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促进大脑学习的神经反馈技术

大众心理学 2023年第10期 48-48,47页

作者：徐佳谐赵迪南文雅上海师范大学

想象一下自己正在一间治疗室里,等待着接受一种全新的对抗焦虑的临床“治疗”——神经反馈。听到这个陌生的词语你很紧张,脑子里充斥着注射器、药丸和电击的画面。但是当你走进房间的时候,一位治疗师亲切地接待了你。

关键词：治疗师注射器治疗室神经反馈

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模拟神经反馈机制的显著性计算模型

中国医学物理学杂志 2017年第5期34卷 494-501页

作者：覃莉刘海华中南民族大学生物医学工程学院湖北武汉430074

根据视觉皮层神经元的非经典感受野的调制特性,构造了模拟视觉神经网络反馈机制的显著性计算模型。该模型充分利用神经网络中的反馈机制,模拟视觉皮层神经元之间侧连接所引起的易化和抑制作用,对视频图像序列中全局运动造成的背景噪声... 详细信息

根据视觉皮层神经元的非经典感受野的调制特性,构造了模拟视觉神经网络反馈机制的显著性计算模型。该模型充分利用神经网络中的反馈机制,模拟视觉皮层神经元之间侧连接所引起的易化和抑制作用,对视频图像序列中全局运动造成的背景噪声进行抑制,从而获得视频运动对象的显著图,提取完整的运动目标。实验结果表明,该计算模型能较好地抑制视频图像序列的全局运动,获得运动对象的显著性图,有效地实现移动镜头下的运动目标检测,且显著性的计算性能高于其它计算方法。

关键词：显著性计算模型非经典感受野三维蝶型调制模型神经反馈移动镜头运动目标检测

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近红外神经反馈提升个体冲突适应

近红外神经反馈提升个体冲突适应

作者：唐炎程西南大学

学位级别：硕士

面对复杂多变的环境,人经常需要根据环境的变化适时地调整自己的行为,而研究者往往通过研究冲突适应效应来研究个体是如何进行灵活性调整。冲突适应效应指的是,在个体执行一致性任务(例如Stroop任务等)时,在前一试次经历的冲突会使其在... 详细信息

面对复杂多变的环境,人经常需要根据环境的变化适时地调整自己的行为,而研究者往往通过研究冲突适应效应来研究个体是如何进行灵活性调整。冲突适应效应指的是,在个体执行一致性任务(例如Stroop任务等)时,在前一试次经历的冲突会使其在当前试次中更好的解决冲突。冲突适应效应由于其反映了个体面对复杂环境进行灵活调整的能力而受到研究者的广泛关注。但目前较少研究报告冲突适应可否通过已知的训练/干预方法进行提升,这可能是因为冲突适应是一个包含了完全不同认知过程(冲突监测与冲突解决)的复杂认知功能,使得其难以通过传统的方法进行提升(例如认知训练)。近些年来,基于神经影像学的神经反馈技术(neuroimgaing-based neurofeedback)由于其无创性,短周期性及有效性逐渐成为一种受人关注的训练方法。本研究着重考察了基于近红外的神经反馈能否有效提升个体冲突适应能力,同时结合磁共振成像技术,探索神经反馈训练对于个体静息态下脑活动有何影响。研究一旨在考察基于近红外的神经反馈训练可否提升冲突适应能力。在训练前后,实验采用传统的词色Stroop任务作为实验任务考察个体的冲突适应能力,要求被试忽略刺激的字义而对其字色进行按键反应。选择靶脑区时,考虑到冲突适应可能存在潜在的偏侧化现象,实验组包含两种不同的条件,一组以左侧背外侧前额叶为靶脑区,另一组以右侧背外侧前额叶为靶脑区。在训练时,要求被试按照给定的策略对其调节其脑活动,但只有实验组接收真正的反馈信号,对照组的反馈信号源于实验组的活动信号。经过8次的训练,研究发现实验组均能稳定的提升靶点的活动强度,但是只有以前测成绩将左侧背外侧前额叶为靶脑区的实验组区分为高低分组之后,其中低分组的被试经过训练之后显著的提升了个体冲突适应能力,这一结果说明了神经反馈训练确实能提升个体的冲突适应能力,但是仅对表现较差的个体产生了显著作用。不仅如此,该实验同样以因果性的证据说明了左侧背外侧前额叶确实是冲突适应过程中的核心脑区,不过对于右侧背外侧前额叶在冲突适应中的作用,考虑到该实验采用了Stroop任务,由于Stroop任务的加工本身可能存在偏侧化,而与冲突适应的偏侧化无关,故本研究也不能得出结论认为右侧背外侧前额叶并非冲突适应的核心脑区。研究一确认了基于近红外的神经反馈训练对于提升个体冲突适应能力的有效的,故在研究二想结合磁共振成像技术,探索神经反馈训练对于个体脑活动有何影响。为了避免实验范式对于偏侧化的影响,研究二的前后测任务改为Flanker任务对冲突适应能力进行测量,同时加入磁共振成像获得被试静息态下的脑活动数据。训练的设置和实验一相同。实验结果发现,经过训练之后,前测中表现较差的低分组经过训练之后得到了显著的提升,高分组和对照组没有显著变化。同时通过对静息态磁共振数据的分析,本研究发现经过训练后,个体腹侧注意网络和突显网络之间的功能连接得到了加强,腹侧注意网络的度节点度得到了显著提升,通过提取选择基于脑区的ROI,发现背外侧前额叶和脑岛的功能连接也得到了显著的提升,最终基于相关分析发现腹侧注意网络内的功能连接变化及腹侧注意网络和突显网络的功能连接与行为的变化有关。总体来说,基于近红外的神经反馈训练对个体静息态下多个脑网络的活动产生了诸多影响,从静息态角度说明了神经反馈训练对个体的影响及对其行为改变的机制。总体来说,基于近红外的神经反馈训练可以有效的提升个体冲突适应能力,同时给出因果性的证据证明了双侧背外侧前额叶都是冲突适应的核心脑区,不仅如此,通过磁共振成像,本研究发现了神经反馈训练对于注意、认知控制相关的神经网络的活动产生了影响,这为进一步了解神经反馈训练的应用及其机制打下了基础,后续研究可以从多个不同模态探究神经反馈训练对于个体的影响,同时探索神经反馈训练对于不同的认知能力是否都有效用,既可以促进我们对于神经反馈训练机制的理解,也能更好的应用神经反馈训练。

关键词：近红外成像神经反馈背外侧前额叶冲突适应

基于alpha波相位解码与外部调控的神经反馈技术研究

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基于alpha波相位解码与外部调控的神经反馈技术研究

作者：刘佳深圳大学

学位级别：硕士

神经反馈是一种重要的脑机交互技术,它利用视听觉等刺激反馈协助受试者自主调控其脑电活动,从而达到感知功能增强与精神疾病康复等目的。然而,神经反馈的有效性仍有争议,因为相当比例的使用者无法正确地调节其大脑活动,从而无法从神经... 详细信息

神经反馈是一种重要的脑机交互技术,它利用视听觉等刺激反馈协助受试者自主调控其脑电活动,从而达到感知功能增强与精神疾病康复等目的。然而,神经反馈的有效性仍有争议,因为相当比例的使用者无法正确地调节其大脑活动,从而无法从神经反馈中获益。事实上,神经反馈技术的效果极大地依赖于受试者的自主调控能力以及训练程度,其实时性、精准性和适用性都有所欠缺。为解决传统神经反馈技术的这些问题,本研究基于脑电alpha波的动力学特性和视觉感知周期性理论,发展了一套新型的、可快速准确灵活调控脑电alpha波的脑电解码反馈系统。具体地,本研究首先通过一系列视觉刺激实验验证了视觉刺激相位对alpha波的周期性调制效果。基于此实验观察,进一步设计并实现了一个新型的外部调控神经反馈软硬件系统。该系统可以实时解码alpha波相位,并通过在特定alpha波相位持续施加视觉刺激以实现alpha波幅度和频率的精准灵活稳定控制。实验数据分析显示,与传统的自主调控神经反馈系统相比,该新型的外部调控神经反馈系统对alpha波的调制效果更加一致（几乎对所有受试者均有效）、更加灵活（可以任意增加或降低alpha波幅度）、更加实时（在视觉刺激后即刻产生调控作用）、且无需训练。因此,此新型神经反馈系统有潜力更可靠更灵活地调节感知和行为,并最终为改善认知功能与治疗精神障碍提供更快速有效的手段。

关键词：神经反馈 alpha波视觉刺激脑电解码外部调控

注意力缺陷多动障碍儿童神经反馈治疗前后脑电信号相位同步分析

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科学技术与工程 2019年第8期19卷 47-52页

作者：王鹏飞岳伟刘兴平崔菀真王索刚天津医科大学生物医学工程与及技术学院天津300070 天津市环湖医院天津300350

研究比较theta/beta神经反馈治疗前后注意力缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)儿童脑电相位同步的改变,分析不同脑区脑电相位耦合情况。研究数据为神经反馈前后16例ADHD儿童和16例健康儿童闭眼静息态脑电,计... 详细信息

研究比较theta/beta神经反馈治疗前后注意力缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)儿童脑电相位同步的改变,分析不同脑区脑电相位耦合情况。研究数据为神经反馈前后16例ADHD儿童和16例健康儿童闭眼静息态脑电,计算theta和beta频段左右半球中心区与各脑区相位同步值。研究结果表明,神经反馈治疗后左右半球中心区与前额叶、左颞中叶的theta频段相位同步显著降低,与右半球颞叶的相位同步显著增加; beta频段额叶、中心区、顶叶和枕叶的相位同步性显著增加,左颞中叶相位同步性降低,右颞叶相位同步性增加,并趋向健康儿童水平。神经反馈训练对脑电相位同步有积极的影响,相位同步分析法结合ADHD临床量表将更加充分、准确地评估ADHD神经反馈治疗效果。

关键词：注意力缺陷/多动障碍 theta/beta 神经反馈相位同步脑网络

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基于神经反馈的混合脑机接口研究

基于神经反馈的混合脑机接口研究

作者：平尧天津理工大学

学位级别：硕士

为帮助运动功能障碍患者提高独立生活的能力和改善生活质量,脑机接口技术（Brain-Computer Interface,BCI）即一种由脑电信号直接控制外部机电设备的技术快速发展,并在医学康复和智能控制等领域具有较好的研究前景。目前针对BCI的研究... 详细信息

为帮助运动功能障碍患者提高独立生活的能力和改善生活质量,脑机接口技术（Brain-Computer Interface,BCI）即一种由脑电信号直接控制外部机电设备的技术快速发展,并在医学康复和智能控制等领域具有较好的研究前景。目前针对BCI的研究主要是基于单模态的脑电信号控制系统,但其在实际应用中存在信号识别率较低、信息传输速率低等方面的不足。本文针对上述问题提出了融合运动想象范式和稳态视觉诱发电位范式的混合BCI系统,并针对基于运动想象的单模态脑机接口研究中信号识别率较低的问题,本文搭建了神经反馈在线训练平台提升了受试者的信号识别率;通过将训练后的运动想象脑电信号与稳态视觉诱发电位脑电信号并行融合,与单一类型的脑电信号控制系统相比既增加了识别任务的数量和也提高了脑电信号的识别准确率,并最终完成了脑控Dobot机械臂写字实验。本文的具体研究工作如下:（1）完成了基于运动想象单模态下的脑机接口实验范式的设计,并针对运动想象脑电信号识别率较低的问题,本文以受试者运动想象时脑电信号在α和β节律内的频谱震荡幅度变化作为生理指标,通过功率谱密度的分析方法构建一个实时显示EEG能量变化的窗口,作为运动想象的在线神经反馈训练系统。在线实验中,受试者在进行神经反馈训练后,运动想象脑电信号的识别准确率提升了11%左右,通过在线实验结果表明,神经反馈训练可以增强受试者的运动想象能力和提升信号识别率。（2）在稳态视觉诱发电位实验范式的研究过程中,综合考虑了刺激界面的设计,并根据其诱发的脑电信号频率特性明显这一特征,利用小波分解和傅里叶变换分别对其进行了预处理和特征提取,并最终利用典型相关性分析的处理方法对其进行特征分类,5名受试者参与了基于稳态视觉诱发电位单模态下的BCI在线实验,最终均完成了预先设计的实验任务且取得了91.95%的平均正确率。（3）设计了运动想象与稳态视觉诱发电位融合的BCI范式,以两类运动想象任务控制机械臂抬起或下降,以四类稳态视觉诱发电位任务控制机械臂完成上、下、左、右四个方向的移动。一共8名受试者参与了脑控机械臂写字实验,从实验结果可得该融合范式具有较好的分类准确率,能有效控制Dobot机械臂完成写字任务,也说明本文提出的基于神经反馈的混合脑机接口系统具有一定的应用潜力与前景。

关键词：混合脑机接口运动想象神经反馈稳态视觉诱发电位

基于实时fMRI神经反馈的情绪调节有效性分析方法研究

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基于实时fMRI神经反馈的情绪调节有效性分析方法研究

作者：张欢战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

失眠会导致抑郁症和焦虑症等重大精神类疾病的发生,不仅影响个人身体健康和生活质量,同时也可能造成交通事故、生产安全隐患等社会问题,睡眠障碍的脑神经机制与调节方法已被纳为国家脑科学研究计划的重要内容。基于实时功能磁共振成像(r... 详细信息

失眠会导致抑郁症和焦虑症等重大精神类疾病的发生,不仅影响个人身体健康和生活质量,同时也可能造成交通事故、生产安全隐患等社会问题,睡眠障碍的脑神经机制与调节方法已被纳为国家脑科学研究计划的重要内容。基于实时功能磁共振成像(real-time functional Magnetic Resonance Imaging,rt-fMRI)的神经反馈技术是非药物辅助治疗的一种新型认知治疗形式,通过实时反馈大脑区域激活状态,实现神经活动的自主调节。失眠与抑郁情绪密切相关,针对失眠患者的基于情绪脑区的rt-fMRI神经反馈情绪调节研究刚开始起步,存在着一些瓶颈问题,困难之一是如何从影像学上对rt-fMRI神经反馈进行有效性分析。因此,研究神经反馈情绪调节改善睡眠的影像学标记并评估训练效果,实现训练效果的个性化预测,对于rt-fMRI神经反馈应用于治疗失眠有着重要的临床应用价值。本课题以探究“rt-fMRI神经反馈技术提高失眠患者情绪调节能力的有效性”为目标,针对失眠患者开展基于杏仁核的rt-fMRI神经反馈情绪调节实验,从“种子点功能连接”、“多脑区有效连接”、“脑功能网络连接”等脑影像特征出发分析失眠患者神经活动的变化,研究rt-fMRI神经反馈技术的情绪调节有效性评估与预测方法。主要工作如下:1.提出一种基于杏仁核功能连接的神经反馈有效性评估方法。情绪的自主调节是大脑高级认知功能,杏仁核和多个脑区的连接关系能够反映情绪调节的有效性。本文提出一种基于杏仁核功能连接的神经反馈有效性评估方法,该方法基于静息态功能连接的脑影像特征,通过体素空间和皮层功能连接分析提取失眠患者左右杏仁核的功能连接网络,以神经反馈前后功能连接网络之间的差异作为影像学标记,实现神经反馈有效性评估。实验结果表明,神经反馈训练后失眠患者双侧杏仁核与情绪相关脑区的功能连接显著增强,与负责运动想象的辅助运动区功能连接减弱;左侧杏仁核与左半球岛叶旁区以及感觉运动皮层之间的功能连接减弱。该结果说明以基于静息态的功能连接作为影像学标记可实现rt-fMRI神经反馈训练改善情绪障碍的有效评估。2.提出一种基于多脑区有效连接的神经反馈有效性评估方法。神经反馈情绪调节过程依赖于情绪脑区之间的相互作用,其中杏仁核与前额叶之间存在着自上而下的情绪控制和自下而上的情绪影响。本文提出一种基于多脑区有效连接的神经反馈有效性评估方法,该方法采用动态因果模型探究了失眠患者在神经反馈自主调节过程中杏仁核与前额叶之间的双向信息流通,将神经反馈训练前后杏仁核与前额叶之间的有效连接差异作为影像学标记,实现神经反馈有效性评估。实验结果表明,动态因果模型选择的最优模型中,杏仁核与前额叶之间存在双向的有效连接,并且神经反馈刺激作用在前额叶以及前额叶到杏仁核连接。更进一步结果表明,神经反馈训练增强了杏仁核和前额叶之间的双向有效连接。该结果说明以基于多脑区的有效连接作为影像学标记可实现rt-fMRI神经反馈训练改善情绪障碍的有效评估。3.提出一种基于脑网络连接的神经反馈有效性预测方法。rt-fMRI神经反馈技术作为一种治疗失眠的潜在手段,个体治疗效果存在明显差异。本文提出一种基于脑网络连接的失眠患者神经反馈有效性预测方法,该方法利用独立成分分析获取失眠患者大脑活动的时空分布,通过提取神经反馈前脑网络的功能连接特征,构建了基于脑网络连接的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)预测模型,实现神经反馈训练效果的个体化预测。实验结果表明,失眠患者神经反馈前的默认网络、突显网络、执行控制网络、基底核和感觉运动网络等脑网络的功能连接矩阵能够作为预测特征构建预测模型,对神经反馈训练效果预测的准确率达到87.5%,能够初步为医生和患者选择治疗失眠方法时提供科学依据。

关键词：实时功能磁共振成像神经反馈情绪调节失眠功能连接有效连接脑网络连接

神经反馈治疗儿童注意缺陷多动障碍的研究综述

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绵阳师范学院学报 2013年第2期32卷 76-80,98页

作者：陈桂芳谢维爵钟昆绵阳师范学院生命科学与技术学院四川绵阳621000 绵阳市第三人民医院临床医学心理科四川绵阳621000

采用文献资料法,从研究方法角度分析探讨近年来神经反馈(Neurofeedback,NF)在治疗注意缺陷多动障碍(Attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)上的临床研究和应用状况.结果表明:NF治疗ADHD的疗效得到普遍认同,它将有望成为药物治... 详细信息

采用文献资料法,从研究方法角度分析探讨近年来神经反馈(Neurofeedback,NF)在治疗注意缺陷多动障碍(Attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)上的临床研究和应用状况.结果表明:NF治疗ADHD的疗效得到普遍认同,它将有望成为药物治疗ADHD的辅助或者替代治疗手段之一;随机双盲法的安慰组的对照试验有待加强,它有助于克服目前研究方法上的缺陷与限制;对NF治疗ADHD的神经作用机制了解甚少,有待进一步深入研究;个性化的NF治疗与有效的综合治疗模式相结合是该研究和应用的主流方向.

关键词：神经反馈注意缺陷多动障碍个性化治疗随机对照试验

基于实时fMRI神经反馈的情绪调节技术研究

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基于实时fMRI神经反馈的情绪调节技术研究

作者：李中林解放军信息工程大学

学位级别：硕士

基于实时功能磁共振成像的神经反馈(real-time functional Magnetic Resonance Imaging neurofeedback,rtfMRI-nf)技术在大脑的自主神经调节上体现出独特优势,对于大脑认知功能的改善和提高具有重要的研究和应用价值。面对当今社会的生... 详细信息

基于实时功能磁共振成像的神经反馈(real-time functional Magnetic Resonance Imaging neurofeedback,rtfMRI-nf)技术在大脑的自主神经调节上体现出独特优势,对于大脑认知功能的改善和提高具有重要的研究和应用价值。面对当今社会的生活、工作等压力,许多人会产生情绪调节障碍,研究如何利用rtfMRI-nf技术增强人们的情绪调节能力受到了广泛关注。情绪是一种典型的高级认知功能,它的产生与调节需要多个脑区协同作用,但是目前大部分rtfMRI-nf研究集中在单个脑区活动强度的反馈和调节。因此,基于对情绪相关多脑区或脑网络的分析,研究如何利用多个脑区的信息进行rtfMRI-nf训练并对训练效果进行评估,具有重要的理论和临床应用价值。本文以情绪调节为研究对象,结合神经科学领域和生物医学领域基本研究结论,针对fMRI的情绪状态分析方法、基于多体素模式分析的rtfMRI-nf情绪调节方法和rtfMRI-nf训练效果影像评估方法问题开展研究并进行分析和讨论。主要工作包括:1.结合神经科学和解剖医学关于大脑情绪认知功能的研究成果,研究了大脑情绪状态分析方法。通过设计实现大脑情绪状态分析实验,综合比较分析了单变量和多变量分析方法提取情绪相关体素的差异。实验结果表明,基于多体素模式分析的递归特征消除方法提取的体素具有更高的情绪状态识别准确率。采用该方法分别在与情绪相关的脑区上进行分类,分析结果表明多脑区分析方法能够更准确地识别情绪状态,验证了情绪的多脑区分析能够提供更加准确有效的信息,为基于多脑区分析的rtfMRI-nf提供了有利基础。2.针对基于单脑区激活水平的反馈信息难以全面地反映大脑真实状态的问题,本文提出了一种基于多体素模式分析的rtfMRI-nf情绪调节方法。该方法建立了一种多脑区神经反馈模型,反映分布在不同脑区的体素激活模式变化,实时识别被试的情绪状态,并反馈给他作为自我调节依据。实验结果表明,通过该方法训练后,被试情绪调节网络的活动得到加强,增加了正性和负性情绪状态的可分性,能够增强被试的情绪调节能力。上述实验结果表明,本文提出的方法利用了多脑区信息,对大脑情绪模式的变化更加敏感,能更有效地反映大脑的情绪认知工作机制。3.从静息态功能连接(resting-state Functional Connectivity,rsFC)的“局部”特性出发,提出利用情绪调节关键脑区杏仁核的rsFC作为生物影像标记评估训练效果。目前rtfMRI-nf训练效果主要通过任务态下大脑的活动和行为学量表进行评价。rsFC分析是一种有效而且敏感的方法,能够反映大脑赖以工作的复杂的神经回路,广泛用于临床疾病的诊断和疗效的评估,对神经反馈训练效果的评估具有重要价值。本文通过相关分析获得训练前后杏仁核功能连接网络,并分析它们之间的差异。实验结果表明,rtfMRI-nf训练能够增强杏仁核与前额叶等情绪调节相关脑区的功能连接,与药物治疗对杏仁核rsFC的影响基本一致,验证了本文提出方法的有效性,为神经反馈训练提供新的评价方法。4.从rsFC的“全局”特性出发,提出利用静息态三个核心固有网络(默认网络、中央执行网络、突显网络)作为生物影像标记评估训练效果。脑网络是大脑进行信息处理和认知表达的生理基础,脑网络的变化对于反映情绪功能的变化更为直接和有效,因此对神经反馈训练效果的评估具有重要价值。本文通过独立成分分析识别训练前后的三个核心固有网络,并分析它们之间的差异。实验结果表明,rtfMRI-nf训练能够调节核心网络的功能连接,且调节效果能够改善情绪调节障碍导致的异常,验证了本文提出方法的有效性,为神经反馈训练提供新的评价方法。

关键词：实时功能磁共振成像神经反馈情绪调节多体素模式分析功能连接静息态固有网络