CN106264520A - 一种神经反馈运动训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种神经反馈运动训练系统及方法，该系统包括：刺激信号产生单元，用于产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；训练模式确定单元，用于根据用户的选择确定训练模式，训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；运动反馈数据采集单元，用于采集用户在训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；调节单元，用于分析运动反馈数据，并根据分析结果调节刺激信号的刺激参数。通过实施本发明，能够根据用户选择确定训练模式，并在训练的同时对训练的效果进行评估，并反馈给外部脑功能刺激装置，以优化刺激参数，对大脑皮层进行更好的刺激。该神经反馈运动训练系统能够适应不同用户需求，改善用户的运动控制效率。

Description

一种神经反馈运动训练系统及方法

技术领域

本发明是关于运动训练技术，具体地，是关于一种多功能的神经反馈运动训练系统及方法。

背景技术

运动功能训练广泛地用于肢体运动功能障碍患者的康复训练、竞技体育项目训练、甚至包括基于脑机接口的想象运动的训练等领域。传统的运动康复训练方法是在训练师的指导下，用户借助一些器械装置，完成一定的运动训练任务。这种传统的方式缺乏一个客观训练效果评估，并且需要多次重复，过程枯燥。较新的一些技术，利用一些智能传感器，结合人机交互技术，对于训练过程进行监测记录，并且可以实现反馈调控。这使得训练效果可以通过一些指标和参数进行客观的评估，根据评估的结果，针对性的调节训练方式，并且人机交互的形式使得训练过程不再重复枯燥乏味。

有研究证据表明，对于基于运动想象(Motor Imagery,MI)脑机接口(BrainComputer Interface,BCI)的控制技能的获取，与实际运动技能的获取具有相同的方式，因为本质上都是自主调节神经活动形成一个稳定模式的过程，因此，对于运动技能的训练也可以通过对基于运动想象的BCI的控制训练来实施，这不仅为运动训练提供了多样、灵活化的方式，也能够在一些环境受限的情况下，保证运动训练的正常进行，非常适合对于患有注意力缺陷、多动症、自闭症及控制力差等疾病的儿童进行康复训练。目前这种方式一般是通过多电极电极帽采集用户的脑电(EEG)信号，然后对用户执行运动想象任务的脑电信号进行模式分类，用于控制一些运动游戏、打字任务、假肢动作执行等。

上述提到的传统的运动康复训练方法和技术，功能较为单一，对训练过程的本身并没有做太多改进，并且对于基于运动想象的BCI训练系统无法发挥作用。而基于运动想象脑电的脑机接口高效用户训练装置，利用用户在运动想象中诱发的头皮EEG，进行模式分类后，用于控制外部的设备，包括训练游戏、交互任务，或者是假肢、轮椅、智能车等设备。该技术中提到的高效，是基于复杂的模式分类算法或者是高性能的硬件来实现的，这两者在目前来说，技术并不成熟，尚未达到规模化、普遍的商业化程度。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种神经反馈运动训练系统及方法，能够根据需要选用不同的训练模式对用户进行运动训练，能够更加全面、准确的反应训练的效果。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种神经反馈运动训练系统，所述的神经反馈运动训练系统包括：刺激信号产生单元，用于产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；训练模式确定单元，用于根据所述用户的选择确定训练模式，所述的训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；运动反馈数据采集单元，用于采集所述用户在所述训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；调节单元，用于分析所述运动反馈数据，并根据分析结果调节所述刺激信号的刺激参数。

在一实施例中，当所述训练模式为实际运动训练模式时，所述的运动反馈数据采集单元包括：大脑皮层信号采集模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号；姿态捕捉传感器模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的运动数据；以及生理信息采集模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的生理信息数据。

在一实施例中，上述的姿态捕捉传感器模块具体用于：将所述实际运动训练模式划分为多个子训练模式；获取所述子训练模式对应的子训练数据，其中，所述子训练模式包括姿态校准训练、反应提高训练及强度提高训练中的至少一种；将所述子训练数据作为所述运动数据的一部分传输至所述的调节单元。

在一实施例中，上述的运动反馈数据采集单元还包括：运动视频采集装置，用于监控并获取所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时的运动视频数据，并将所述运动视频数据作为所述运动数据的一部分传输至所述的调节单元。

在一实施例中，上述的调节单元具体用于：根据所述脑电信号、运动数据及生理信息数据计算在对应的子训练模式下的训练效果值；根据所述训练效果值调节所述刺激参数。

在一实施例中，当所述训练模式为想象运动训练模式时，所述的运动反馈数据采集单元包括：大脑皮层信号采集模块，用于采集所述用户在所述想象运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号；以及训练数据采集模块，用于采集所述用户在所述想象运动训练模式下进行训练时产生的训练数据。

在一实施例中，上述的调节单元具体用于：根据所述训练数据计算所述想象运动训练模式下的训练效果值；根据所述训练效果值调节所述刺激参数。

具体地，上述的刺激信号为电流信号、磁场信号、超声波信号中至少其一。

进一步地，当所述刺激信号为电流信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为金属电极；当所述刺激信号为磁场信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为磁感应线圈；当所述刺激信号为超声波信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为超声波脉冲发射探头。

本发明实施例还提供一种神经反馈运动训练方法，所述的神经反馈运动训练方法包括：产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；根据所述用户的选择确定训练模式，所述的训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；采集所述用户在所述训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；分析所述运动反馈数据，并根据分析结果调节所述刺激信号的刺激参数。

本发明实施例的有益效果在于，能够根据用户选择确定训练模式，并在训练的同时对训练的效果进行评估，并反馈给外部脑功能刺激装置，以优化刺激参数，对大脑皮层进行更好的刺激。该神经反馈运动训练系统能够适应不同用户需求，恢复或巩固用户对于运动技巧的掌握、改善用户的运动控制效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的神经反馈运动训练系统的结构示意图；

图2A为根据本发明实施例的神经反馈运动训练系统具体应用实例的示意图；

图2B为根据本发明实施例的神经反馈运动训练系统的工作流程示意图；

图2C为根据本发明实施例的刺激电极放置位置示意图；

图3为根据本发明实施例的刺激的作用时间与刺激强度关系示意图；

图4为根据本发明实施例的神经反馈运动训练方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种神经反馈运动训练系统及方法。以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例的神经反馈运动训练系统主要包括：刺激信号产生单元1、训练模式确定单元2、运动反馈数据采集单元3及调节单元4等。

其中，上述的刺激信号产生单元1用于产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；训练模式确定单元2用于根据用户的选择确定训练模式，训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；运动反馈数据采集单元3用于采集用户在训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；调节单元4用于分析所述运动反馈数据，并根据分析结果调节所述刺激信号的刺激参数。

通过上述的各个组成部分之间的协同工作，本发明实施例的神经反馈运动训练系统通过外部的无创脑功能刺激技术，作用于人脑的运动皮层，然后进行实际的运动训练或基于脑机接口的运动想象控制训练，训练的同时对训练的效果进行评估，最后反馈给外部脑功能刺激装置，以优化刺激参数，对大脑皮层进行更好的刺激。该神经反馈运动训练系统能够适应不同用户需求，恢复或巩固用户对于运动技巧的掌握、改善用户的运动控制效率。

以下结合具体示例对本发明实施例的神经反馈运动训练系统中的各个组成部分进行详细描述。

上述的刺激信号产生单元1，用于产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层。在实际应用中，本发明实施例的刺激信号产生单元1对用户的大脑皮层施加的是无创脑刺激：其目的是通过外部的干预调控，提高运动训练效率，巩固训练结果。具体来说，在无创脑功能刺激器的作用下，产生对大脑运动皮层干预的刺激信号，这种刺激可以是电流刺激、磁场刺激或超声刺激中的一种或两种以上。刺激通过刺激发生电路产生，刺激参数可以调节。

刺激与大脑皮层间是通过特定介质(刺激作用介质)施加的，如果刺激形式是电流刺激，则对应的介质是金属电极，如果刺激形式是磁场刺激，对应的介质为磁感应线圈，如果刺激形式为超声刺激，对应的介质为超声脉冲发射探头，介质与刺激控制模块之间通过导线进行电连接。刺激作用的与大脑皮层的靶点为初级运动皮层，调节感觉运动神经节律，增强皮层兴奋性。

上述的训练模式确定单元2，用于根据用户的选择确定训练模式。在对用户进行运动训练时，可分为两种训练模式进行训练，一种是实际运动训练模式，另一种想象运动训练模式。

其中实际运动训练模式是用户选择进行实际运动训练的过程，可具体设定实际运动方案，运动方案包括设定的一些运动训练动作(例如可以是康复训练中的行走、跑跳、攀爬等，也可以是竞技体育运动中的羽毛球、网球等项目)、训练持续的时间、重复次数等。针对实际运动训练模式，具体的信号的获取、处理及分析过程主要包括运动系统神经控制信号在神经下行通路的传导，实际运动训练任务的执行，运动姿态的识别、检测，训练效果评估以及反馈到无创脑刺激等。

想象运动训练模式是用户选择进行想象运动训练的过程，可设定人机交互任务，例如，通过运动想象左右手运动控制光标移动、控制赛车游戏等。针对想象运动训练模式，具体的信号的获取、处理及分析过程主要包括大脑皮层神经信号捕获，神经信号预处理，信号的特征提取及模式分类，人机想象运动训练任务的控制，控制效果评估以及反馈到无创脑刺激等。

在具体实施时，用户可分别选择实际运动训练模式和想想运动训练模式中的一种进行特定的训练，或者，也可以选择两种模式同时进行，即在执行想象运动的同时也进行实际的运动训练，此时则需要设计相应的训练任务，使得该训练任务既需要用户进行想象运动，也需要进行实际的肢体运动。此外需要注意的是，实际操作中，实际运动不宜有较大活动范围，因为EEG信号采集是有线的方式进行采集。

上述的运动反馈数据采集单元3，则是用于采集用户在训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据。其中，对于上述不同的训练模式，具体的运动反馈数据稍有差异。针对实际运动训练模式，其涉及的运动反馈数据主要包括：用户在实际运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号、运动数据及生理信息数据等。

在此实施例中，上述的运动反馈数据采集单元3可主要由大脑皮层信号采集模块31、姿态捕捉传感器模块32及生理信息采集模块33组成，这三个模块则是分别用以采集上述的用户在实际运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号、运动数据及生理信息数据。

其中，上述的大脑皮层信号采集模块31主要由多个采集传感器构成，大脑皮层信号采集模块31的作用是采集用户大脑皮层在执行实际运动训练时产生的电、磁或近红外等信号，将这些信号统一转化为电信号。

具体实施时，大脑皮层信号采集模块31采集并转化的电信号可通过一信号预处理单元进行信号处理后，发送至调节单元4。具体地，信号预处理单元是对大脑皮层信号采集模块31转化的电信号进行放大、模拟滤波、模数转换等处理后，将信号转化为数字信号，通过串口协议、并口协议、USB接口或TCP/IP协议中的一种与调节单元4通信，将数字信号传输至调节单元4。

上述的姿态捕捉传感器模块32主要由多个惯性传感器构成，每一个惯性传感器固定在身体骨骼的主要关节点上，可以实时采集单个关节点在三维空间里的运动数据，每个传感器带有可充电电池，因此不需要电源线连接，可以方便用户自由活动。惯性传感器通过无线射频方式将身体运动数据发送给调节单元4，调节单元4可通过例如是射频接收器接收姿态捕捉传感器模块32发送的运动数据，无线射频信号传输方式可以采用ZigBee、BLE等技术。

通过姿态捕捉传感器模块32进行运动姿态捕捉的目的是：通过主要关节点在三维空间中的姿态数据，还原出运动时的动作状态。在进行实际运动训练时，可分以下三种子训练模式：

1)姿态校准训练模式：主要评估动作的标准性，即各个关节点的相对距离、角度，例如运动障碍患者运动康复，体育项目中动作训练等。在训练某种特定动作时，系统内有设定的标准动作数据，用户每次做完动作，系统都会进行对比，记录该次动作完成标准度的分数。

2)反应提高训练模式：主要评估用户对动作反应的时间，即某些关节点到达设定关节点的时间，例如网球、羽毛球等体育项目的挥拍训练。用户完成一次训练后，记录反应时间。

3)强度提高训练模式：主要评估与力量、持续时间相关的运动，例如负重训练，耐力训练等。这些训练内容单纯依靠运动捕捉系统无法进行较好的记录，需要用户自行记录或者同过视频采集装置记录下来，最后记录力量值或持续时间。

在实际应用中，可选用上述各子训练模式中的一种或多种进行实际运动训练，并获取相应的子训练模式下的子训练数据。并将子训练数据作为运动数据的一部分发送至调节单元4。

在实际应用中，除了通过姿态捕捉传感器模块32采集用户在进行实际运动训练时的运动数据外，还可设置一运动视频采集装置，用于监控并获取用户在实际运动训练模式下进行训练时的运动视频数据，并将运动视频数据作为运动数据的一部分传输至调节单元4。运动视频采集装置作为姿态捕捉传感器模块32的一种辅助，监控运动姿态，可以弥补姿态捕捉传感器模块32无法检测到的一些运动，一方面方便用户实时的观察自己的运动状态，也方便其监护人陪护和监督，另一方面，记录的视频可以用于回放，有利于对训练过程的研究分析。

针对想象运动训练模式，其涉及的运动反馈数据主要包括：用户在想象运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号、训练数据等。

在此实施例中，上述的运动反馈数据采集单元3可主要由大脑皮层信号采集模块31、训练数据采集模块34组成，这两个模块则是分别用以采集上述的用户在想象运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号及训练数据。

其中，上述的大脑皮层信号采集模块31主要由多个采集传感器构成，大脑皮层信号采集模块31的作用是采集用户大脑皮层在执行想象运动训练时产生的电、磁或近红外等信号，将这些信号统一转化为电信号。

具体实施时，大脑皮层信号采集模块31采集并转化的电信号可通过一信号预处理单元进行信号处理后，发送至调节单元4。具体地，信号预处理单元是对大脑皮层信号采集模块31转化的电信号进行放大、模拟滤波、模数转换等处理后，将信号转化为数字信号，通过串口协议、并口协议、USB接口或TCP/IP协议中的一种与调节单元4通信，将数字信号传输至调节单元4。

并且，用户在使用想象运动训练模式时，大脑皮层采集的信号除了可以使用本实发明施例所述的EEG信号，还可以采集fMRI信号、近红外、脑磁图等，只要是能够提取用户在执行想象运动过程中大脑神经信号的特征模态，都可以作为信号采集的方式。

而训练数据采集模块34则是用以采集例如是用户通过运动想象控制光标移动、控制赛车移动的移动轨迹坐标、完成时间等训练数据。

本发明的想象运动训练模式中，除了采用基于普通计算机显示器的人机交互训练模式，还可以采用最新的虚拟现实技术，使得训练场景更加形象、逼真，增强趣味性和用户训练的积极性。

在采集到用户在相应训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据后，可通过上述的调节单元4，分析运动反馈数据，并根据分析结果调节刺激信号的刺激参数，并且也可调节相应的训练模式。

其中，调节相应的训练模式是指，根据运动反馈数据调节各训练模式的训练方案及具体设定参数(例如上述的训练持续的时间、重复次数等)等。

上述的刺激参数包括电流、磁场或超声的强度，刺激的频率，单次刺激呈现的时间，刺激的重复次数以及刺激间隙的时间等，这些参数的设定值加大都会增加刺激效果，但在实际运用中，不同的用户所适用的参数不是越大越好，需要经过多次训练形成一个动态的调整。

因此，刺激参数的调节根据运动评估的结果进行。对于实际运动训练模式，可具体按照上述的各种子训练模式分别对姿训练模式的训练结果进行量化。

对于姿态校准训练模式，训练结束后记录的是标准度分数S_std，设定有n个关节点，每个关节点距离标准动作的距离为D_n，角度为A_n，距离极限偏差阈值为DT_n，角度极限偏差阈值为AT_n，因此，该标准度分数S_std可用公式(1)表示：

$S_{std}=\frac{\underset{n}{\Σ}\frac{(D_n-{\mathrm{DT}}_n)(A_n-{\mathrm{AT}}_n)}{{\mathrm{DT}}_n\×{\mathrm{AT}}_n}}{n},---\left(1\right)$

其中，n＝1,2,3……。

为了量化训练效果，第m次训练后与之前的每次训练中标准度分数最好的进行比较，得出效果值V_m：

$V_m=\frac{S_{std,m}}{\max (S_{std,1},S_{std,2},S_{std,3}\mathrm{......}{S}_{std,m})}.---\left(2\right)$

反应提高训练模式，训练结束后记录的是反应时间，在此实施例中，需换算成效果值，记当第m次训练的反应时间为T_m，效果值V_m为：

$V_m=\frac{T_m}{\max (T_1,T_2,T_3\mathrm{......}{T}_m)}.---\left(3\right)$

强度提高训练模式，训练结束后记录的是力量值F_m或持续时间S_m，在此实施例中，需要换算成效果值V_m：

或

$V_m=\frac{S_m}{\max (S_1,S_2,S_3\mathrm{......}{S}_m)}.$

对于想象运动训练模式，由于直接面对的人机交互任务，可以通过计算机根据获取的训练数据进行计算，直接返回效果值V_m。

具体地，在想象运动过程中，不同的想象运动对应不同的人机交互任务，想象运动包括但不限于想象左右手握拳动作、想象羽毛球挥拍动作、想象篮球投篮动作等，对应的人机交互任务包括但不限于通过“左”、“右”指令控制的赛车游戏，羽毛球对打游戏，投篮游戏等。在具体的想象运动以及对应的人机交互任务中，每一个任务中分为若干个回合，每个回合完成任务加一分，任务结束后记该次得分为S_m，因此，第m次训练结束后，效果值

因此，每次训练结束后，可根据效果值V_m来判断此次的训练效果。若V_m大于1，说明训练效果得到提升，则在进行下一训练周期时保持当前的刺激参数的强度(例如电流强度)，若V_m小于1，说明训练效果未得到提升，则下一训练周期时，在当前的刺激参数呈现的强度的基础上增加20％的刺激强度，但需要注意的是，无论是上述提到的电流、磁场或超声刺激，都要保持在国际上规定的安全范围内。上述的训练周期可以是一次训练，也可以是一次训练中的一个小的时间段。

通过本发明实施例的神经反馈运动训练系统，既能够用于实际运动的训练，也能用于想象运动的训练。该系统通过外部的无创脑功能刺激技术，作用于人脑的运动皮层，增强大脑运动皮层的兴奋性，这能够加速大脑运动神经元网络的连接，稳固运动控制皮层的模态。对于基于脑机接口的运动想象控制训练来说，还能提高信号中自发的调节自身的感觉运动神经节律(Sensorimotor Rhythm,SMR)，具体包括事件相关去同步化(Event-Related Desynchronization,ERD)和事件相关同步化(Event-Related Synchronization,ERS)的模式特征，使得信号分类更加精准。并且针对不同用户，为了优化刺激参数，该系统还能够通过传感器或视频监控装置对训练的效果进行评估，最后反馈给外部脑功能刺激装置调节刺激参数，对大脑皮层进行更好的刺激。多种训练形式的结合，不仅能适应不同的训练环境，还能减低训练的枯燥性。

以下结合一具体应用实例对本发明实施例的神经反馈运动训练系统的结构及其功能做进一步说明。

图2A是本发明实施例的神经反馈运动训练系统的一具体应用实例的示意图，该神经反馈运动训练系统的工作流程如图2B所示，其中无创脑功能刺激采用的是电刺激方式，刺激器201可为Iomed Phoresor II auto PM850型号，采用的刺激电极202为方形的海绵电极，用生理盐水浸泡。在一实施例中，采用无创脑功能电刺激进行大脑运动皮层的干预，刺激的位置是大脑右侧初级运动皮层M1，采用阳极A1刺激，即刺激电极的阳极A1应放置于对应的右侧M1头皮位置，如图2C所示。阳极电极M1具体的放置位置，对于不同的用户个体，借助于BCI2000系统，统一地进行个体优化，阴极C1的电极放置于对侧的位置M2上。

施加无创脑功能电刺激时，作用的时间与刺激强度关系如图3所示，系统的默认刺激参数中刺激强度为1mA，用逐渐增强的模式10s内达到刺激强度，在刺激将要结束时，利用逐渐减弱的模式10s逐渐停止刺激，默认一次刺激时间持续15分钟。

但上述的刺激强度值、持续时间及增幅仅为实例说明，并非用以限制本发明。

大脑皮层信号采集过程中，采集的是头皮EEG信号，采用21个Ag/AgCl电极组成的EEG信号采集电极帽203，按照国际通用的10-20导联法，记录到的电信号通过EEG信号处理装置204进行预处理，信号处理装置204采用NeuroScan公司的SynAmps2型号的，采样率为1000Hz，每个电极的阻抗保持在5KΩ以下。

信号处理装置204通过数据传输线与控制主机205进行电连接。信号处理装置204对EEG信号采集电极帽203转化的电信号进行放大、模拟滤波、模数转换等处理后，将信号转化为数字信号，通过串口协议、并口协议、USB接口或TCP/IP协议中的一种与控制主机205通信，将数字信号传输至控制主机205。

在用户的身体主要关节点上固定住姿态捕捉惯性传感器206，具体可采用北京诺亦腾科技公司的PERCEPTION LEGACY全身动作捕捉系统，具有17个惯性传感器关节点，采用2.4GHZ无线射频数据传输，把身体的动作状态输出发送给连接在PC USB接口的射频接收装置207。

另外，在运动训练区域的上方采用运动视频采集装置208记录训练过程中的视频，并通过视频输出线连接到控制主机205。控制主机205为性能较好的移动式或台式计算机，配备显示器2051，在实际运动训练中播放图片或动画指导用户训练，在想象运动训练中用于显示人机交互任务的界面。

用户在进行实际运动训练之前，可设定各种训练方案，每一种训练方案都会有一系列可量化的指标，包括生理上的基础心率、运动中心率、运动后心率恢复、疲劳度(通过肌电和血压判断)等，运动物理指标上的平均速度、瞬时最高速度、特定时刻的速度及位置等，这些指标均可作为分析和评估的参考标准。

穿戴在用户身上的传感器在运动训练的同时，记录下运动数据，传感器除了姿态捕捉传感器206，还包括生理监测仪209(对应于上述的生理信息采集模块33)。姿态捕捉传感器206用于记录全身关节点运动时的加速度，进一步转换为速度和位置信息，生理监测仪209用于记录心率、体温、心电、肌电等生理信息数据。另一方面，视频监控装置同时开启，将训练画面实时显示出来。在获取了用户在进行训练过程中的相关数据后，即可结合上述量化的指标，根据运动数据对训练结果进行分析及评估。

在分析及评估过程中，对于速度、力量、反应敏捷度等追求极限的指标，直接输出结果即可，而对于一些要求与标准参数、姿态吻合的指标，需要计算出准确度并进行归一化。

对于想象运动训练，用户在进行运动训练之前，可设定各种人机交互训练任务及指标，例如通过运动想象左右手运动控制光标移动、控制赛车等。而对于想象运动训练结果的分析及评估，则可以以用户通过运动想象控制光标移动、控制赛车移动的精确度、完成时间等指标作为参考标准。

在此实施例中，刺激器201对应于上述的刺激信号产生单元1，EEG信号采集电极帽203即对应于上述的大脑皮层信号采集模块31，信号处理装置204对应于上述的信号预处理单元，姿态捕捉惯性传感器206对应于上述的姿态捕捉传感器模块32，而上述的训练模式确定单元2、训练数据采集模块34、调节单元4均可设置于上述的控制主机205中，分别完成训练模式的确定、训练数据的采集以及根据训练结果进行评估和调节的过程。

本发明实施例还提供一种神经反馈运动训练方法，如图4所示，该神经反馈运动训练方法主要包括：

步骤S101：产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；

步骤S102：根据用户的选择确定训练模式，训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；

步骤S103：采集用户在训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；

步骤S104：分析运动反馈数据，并根据分析结果调节刺激信号的刺激参数。

通过上述的步骤S101至步骤S104，，本发明实施例的神经反馈运动训练方法通过外部的无创脑功能刺激技术，作用于人脑的运动皮层，然后进行实际的运动训练和/或基于脑机接口的运动想象控制训练，训练的同时对训练的效果进行评估，最后反馈给外部脑功能刺激装置，以优化刺激参数，对大脑皮层进行更好的刺激。该系统能够适应不同用户需求，恢复或巩固用户对于运动技巧的掌握、改善用户的运动控制效率。

在实际应用中，本发明实施例的神经反馈运动训练方法可应用于上述实施例中的神经反馈运动训练系统中。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的神经反馈运动训练系统包括：

刺激信号产生单元，用于产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；

训练模式确定单元，用于根据所述用户的选择确定训练模式，所述的训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；

运动反馈数据采集单元，用于采集所述用户在所述训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；

调节单元，用于分析所述运动反馈数据，并根据分析结果调节所述刺激信号的刺激参数。

2.根据权利要求1所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，当所述训练模式为实际运动训练模式时，所述的运动反馈数据采集单元包括：

大脑皮层信号采集模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号；

姿态捕捉传感器模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的运动数据；以及

生理信息采集模块，用于采集所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时产生的生理信息数据。

3.根据权利要求2所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的姿态捕捉传感器模块具体用于：

获取所述实际运动训练模式中多个子训练模式对应的子训练数据，其中，所述子训练模式包括姿态校准训练、反应提高训练及强度提高训练中的至少一种；

将所述子训练数据作为所述运动数据的一部分传输至所述的调节单元。

4.根据权利要求3所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的运动反馈数据采集单元还包括：

运动视频采集装置，用于监控并获取所述用户在所述实际运动训练模式下进行训练时的运动视频数据，并将所述运动视频数据作为所述运动数据的一部分传输至所述的调节单元。

5.根据权利要求4所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的调节单元具体用于：

根据所述脑电信号、运动数据及生理信息数据计算在对应的子训练模式下的训练效果值；

根据所述训练效果值调节所述刺激参数。

6.根据权利要求1所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，当所述训练模式为想象运动训练模式时，所述的运动反馈数据采集单元包括：

大脑皮层信号采集模块，用于采集所述用户在所述想象运动训练模式下进行训练时产生的脑电信号；以及

训练数据采集模块，用于采集所述用户在所述想象运动训练模式下进行训练时产生的训练数据。

7.根据权利要求6所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的调节单元具体用于：

根据所述训练数据计算所述想象运动训练模式下的训练效果值；

根据所述训练效果值调节所述刺激参数。

8.根据权利要求1所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，所述的刺激信号为电流信号、磁场信号、超声波信号中至少其一。

9.根据权利要求8所述的神经反馈运动训练系统，其特征在于，

当所述刺激信号为电流信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为金属电极；

当所述刺激信号为磁场信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为磁感应线圈；

当所述刺激信号为超声波信号时，所述刺激信号产生单元所采用的所述刺激作用介质为超声波脉冲发射探头。

10.一种神经反馈运动训练方法，其特征在于，所述的神经反馈运动训练方法包括：

产生刺激信号，通过刺激作用介质作用于用户的大脑运动皮层；

根据所述用户的选择确定训练模式，所述的训练模式为：实际运动训练模式和/或想象运动训练模式；

采集所述用户在所述训练模式下进行训练时产生的运动反馈数据；

分析所述运动反馈数据，并根据分析结果调节所述刺激信号的刺激参数。