本發明專利技術提供了一種基于光學腦成像的神經反饋訓練系統和神經反饋訓練方法。在該神經反饋訓練方法中，受訓者通過完成訓練任務達到訓練目的；在訓練任務完成過程中，通過光學腦成像設備采集受訓者的神經活動數據；從該神經活動數據中提取出大腦特定功能系統的神經活動強度指標，并將之作為反饋信息呈現給受訓者；受訓者根據獲得的反饋信息調節訓練策略，以使其特定功能系統的神經活動得到訓練，從而向目標發展。該神經反饋訓練方法，通過光學腦成像設備采集受訓者的神經活動數據。與腦電圖和磁共振成像相比，光學腦成像具有很強的靶向性，而且光學腦成像設備成本較低，適合于長期進行神經反饋訓練。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于光學腦成像的神經反饋訓練系統，同時涉及一種基于光學腦成像的神經反饋訓練方法。
技術介紹
神經反饋是通過在線采集個體的大腦神經活動并反饋給其自身，使其能夠自主地對大腦活動進行調節，達到改變其認知及行為的目的。通過對特定大腦功能進行干預，從而實現對腦疾病患者的治療和康復，或是使健康人的認知能力(如學習、記憶等)得到提高。研究者利用腦電圖(EEG)或功能磁共振成像(fMR I)，觀測希望調節的目標腦區的神經活動指標，并將其通過視聽覺等通道反饋給受訓者，從而指導受訓者嘗試對該神經活動指標加以自主調節。通過一定時間的反復訓練，受訓者可以掌握這種自主調節能力。由于被調節的腦區的神經活動與特定認知功能存在關聯，因此這種長期的訓練可以促進相應認知能力的改善，或是對某些神經與精神疾病起到治療作用。例如有文獻報道通過神經反饋調節視覺皮層的神經活動模式可以顯著提高視知覺學習敏感度；而慢性痛患者則可以通過神經反饋調節前扣帶皮層的神經活動來減輕疼痛(具體參見Kazuhisa Shibata etal. , Perceptual Learning Incepted by Decoded fMRI Neurofeedback Without Stimulus Presentation, SCIENCE, VOL. 334 (2011)和 deCharms etal. , Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRIj PNASj VOL. 102，NO. 51，(2005))。用于神經反饋訓練的設備主要集中于基于腦電圖或基于功能磁共振成像的神經反饋訓練系統。例如公開號為CN101912255A的中國專利技術專利申請中公開的基于實時功能磁共振信號的神經反饋系統，通過功能磁共振信號在線檢測大腦的激活狀態，并實時反饋給受訓練者，通過反復訓練調控大腦的認知活動水平，提高或恢復受訓者相應的認知功能。 又如公開號為CN102319067A的中國專利技術專利申請中公開的用于大腦記憶功能改善的基于腦電信號的神經反饋訓練儀，可利用大腦活動過程采集下來的頭皮腦電信號，對記憶力的即時狀態進行定量檢測，并將表征記憶力水平的腦電節律波呈現給用戶，指導用戶有意識地調節腦電節律波，達到改善記憶力水平的目的。然而，現有的神經反饋系統仍存在很多問題尚待解決。對于基于腦電圖的神經反饋系統，由于腦電圖的空間分辨率極低使得難以確切定位訓練腦區，而且腦電圖節律成分與認知功能的關系也尚不明確，因此訓練的靶向性差，其應用受到很大局限。而基于磁共振成像的神經反饋系統雖然一定程度上克服了腦電圖系統的不足，但由于磁共振成像設備成本和使用成本及其昂貴，設備體積巨大不能隨意移動，只能用于實驗室研究，根本不可能用于臨床長期治療訓練使用。
技術實現思路
本專利技術所要解決的首要技 術問題在于提供一種基于光學腦成像的神經反饋訓練方法。本專利技術所要解決的另一技術問題在于提供一種基于光學腦成像的神經反饋訓練系統。為了達到上述的專利技術目的，本專利技術采用下述的技術方案一種基于光學腦成像的神經反饋訓練方法，通過受訓者完成訓練任務達到訓練目的，包括如下步驟(I)在所述訓練任務完成過程中，通過光學腦成像設備采集所述受訓者的神經活動數據；從所述神經活動數據中提取出大腦特定功能系統的神經活動強度指標；并將所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標作為反饋信息呈現給所述受訓者；進入步驟(2)；(2)所述受訓者根據步驟(I)中獲得的所述反饋信息做出進一步訓練；進入步驟 (3)；(3)重復步驟(I)中的過程；直至所述訓練任務結束。較優地，在所述步驟(I)中，通過分析所述神經活動數據提取出當前時刻的氧合血紅蛋白濃度、脫氧血紅蛋白濃度、任務記號和時間戳信息，并結合所述訓練任務的開始時間和結束時間，計算出所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標。較優地，所述訓練任務采用組塊任務設計范式，包括交替進行的休息階段和任務階段，在所述步驟(I)中，所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標是指所述任務階段相對于所述休息階段的相對血氧濃度值。一種用于實現上述神經反饋訓練方法的神經反饋訓練系統，包括光學腦成像設備、中央處理單元和顯示設備，所述光學腦成像設備用于采集受訓者的神經活動數據，并將采集到的所述神經活動數據傳輸給所述中央處理單元，所述中央處理單元用于結合訓練任務分析所述神經活動數據，獲得大腦特定功能系統的神經活動強度指標，并將之傳輸至所述顯示設備，所述顯示設備用于向所述受訓者呈現反饋信息。較優地，所述中央處理單元包括任務模塊、采集模塊、解碼模塊和反饋模塊；其中， 所述任務模塊用于基于所述訓練任務生成任務流程，并控制其他模塊的執行情況；所述采集模塊用于實時從所述光學腦成像設備中獲取所述神經活動數據，并將所述神經活動數據傳輸至所述解碼模塊；所述解碼模塊用于對所述神經活動數據進行預處理，并提取出所述大腦特定功能系統的神經活動強度 指標；所述反饋模塊用于把所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標反饋至所述顯示設備。較優地，所述采集模塊用于實時從所述光學腦成像設備中提取出當前時刻的氧合血紅蛋白濃度、脫氧血紅蛋白濃度、任務記號和時間戳信息，并將所述氧合血紅蛋白濃度、 所述脫氧血紅蛋白濃度、所述任務記號和所述時間戳信息傳輸至所述解碼模塊。較優地，所述訓練任務包括交替進行的休息階段和任務階段，所述任務模塊用于通知所述反饋模塊交替進入休息階段或者任務階段；并且所述任務模塊用于將所述休息階段和所述任務階段的時間開始點和結束時間點通知所述解碼模塊。較優地，所述解碼模塊用于對所述神經活動數據進行預處理；并從預處理得到的結果中提取出大腦特定功能系統的對應區域的平均信號強度，再根據來自所述任務模塊的任務開始時間信息和任務結束時間信息，計算出所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標，所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標是指所述任務階段相對于所述休息階段的相對血氧濃度值。較優地，所述反饋模塊用于把所述解碼模塊中得到的所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標以畫面的形式反饋至所述顯示設備。較優地，所述光學腦成像設備是功能近紅外光譜儀。本專利技術所提供的神經反饋訓練系統和神經反饋訓練方法，在訓練過程中通過光學腦成像設備采集受訓者的神經活動數據，并將受訓者大腦特定功能系統的神經活動強度指標反饋給受訓者，從而使受訓者能夠根據獲得的反饋信息調節訓練策略，以使其特定功能系統的神經活動得到訓練，向目標發展。其中，光學腦成像設備，利用腦組織血紅蛋白對不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，可以無損地檢測大腦皮層的血液動力學活動，進而研究大腦神經活動。與腦電圖相比，光學腦成像具有一定的空間分辨率(I 3cm)，能對觀測到的腦信號進行較為精確的定位，提高了訓練的靶向性。與磁共振成像相比，光學腦成像價格便宜，設備輕便可移動，可以在醫院、家庭、學校等環境使用；掃描環境安全舒適，能夠進行反復多次測量，適合需要長期多次掃描的反饋訓練。附圖說明圖1為本專利技術所提供的基于光學腦成像的神經反饋訓練系統構成示意圖2為本專利技術實施例中，神經反饋訓練游戲的運行界面示例；圖3為本專利技術實施例中，實驗任本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于光學腦成像的神經反饋訓練方法，其特征在于包括如下步驟：（1）在訓練任務完成過程中，通過光學腦成像設備采集受訓者的神經活動數據；從所述神經活動數據中提取出大腦特定功能系統的神經活動強度指標，并將所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標作為反饋信息呈現給所述受訓者；進入步驟（2）；（2）所述受訓者根據步驟（1）中獲得的所述反饋信息做出進一步訓練；進入步驟（3）；（3）重復步驟（1）中的過程；直至所述訓練任務結束。
【技術特征摘要】
1.一種基于光學腦成像的神經反饋訓練方法，其特征在于包括如下步驟 (1)在訓練任務完成過程中，通過光學腦成像設備采集受訓者的神經活動數據；從所述神經活動數據中提取出大腦特定功能系統的神經活動強度指標，并將所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標作為反饋信息呈現給所述受訓者；進入步驟(2)； (2)所述受訓者根據步驟(1)中獲得的所述反饋信息做出進ー步訓練；進入步驟(3)； (3)重復步驟(1)中的過程；直至所述訓練任務結束。2.如權利要求1所述的神經反饋訓練方法，其特征在于 在所述步驟(1)中，通過分析所述神經活動數據提取出當前時刻的氧合血紅蛋白濃度、脫氧血紅蛋白濃度、任務記號和時間戳信息，并結合所述訓練任務的開始時間和結束時間，計算出所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標。3.如權利要求1所述的神經反饋訓練方法，其特征在于 所述訓練任務采用組塊任務設計范式，包括交替進行的休息階段和任務階段，在所述步驟(I)中，所述大腦特定功能系統的神經活動強度指標是指所述任務階段相對于所述休息階段的相對血氧濃度值。4.一種用于實現權利要求1所述的神經反饋訓練方法的神經反饋訓練系統，其特征在于 包括光學腦成像設備、中央處理單元和顯示設備，其中，所述光學腦成像設備用于采集受訓者的神經活動數據，并將采集到的所述神經活動數據傳輸給所述中央處理單元，所述中央處理單元用于結合訓練任務分析所述神經活動數據，獲得大腦特定功能系統的神經活動強度指標，并將之傳輸至所述顯示設備，所述顯示設備用于向所述受訓者呈現反饋信息。5.如權利要求4所述的神經反饋訓練系統，其特征在于 所述中央處理單元包括任務模塊、采集模塊、解碼模塊和反饋模塊；其中，所述任務模塊用于基于所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱朝喆，劉偉杰，段煉，
申請(專利權)人：北京師范大學，
類型：發明
國別省市：
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