CN113521484B - 神经反馈训练系统 - Google Patents

神经反馈训练系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113521484B
CN113521484B CN202110959972.3A CN202110959972A CN113521484B CN 113521484 B CN113521484 B CN 113521484B CN 202110959972 A CN202110959972 A CN 202110959972A CN 113521484 B CN113521484 B CN 113521484B
Authority
CN
China
Prior art keywords
training
brain
feedback
user
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110959972.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113521484A (zh
Inventor
李先春
李可霜
杨晋昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Normal University
Original Assignee
East China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Normal University filed Critical East China Normal University
Priority to CN202110959972.3A priority Critical patent/CN113521484B/zh
Publication of CN113521484A publication Critical patent/CN113521484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113521484B publication Critical patent/CN113521484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/004—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part
    • A61B5/0042—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for image acquisition of a particular organ or body part for the brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14542—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring blood gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14553—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted for cerebral tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A61M2021/0044—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus by the sight sense
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A61M2021/0044—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus by the sight sense
    • A61M2021/005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus by the sight sense images, e.g. video

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本发明提供了一种神经反馈训练系统，包括：近红外光谱脑功能成像设备，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将大脑神经活动信息发送至神经信号反馈显示设备；神经信号反馈显示设备，用于接收大脑神经活动信息，对大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示。本发明的系统能够反馈用户多个训练组块中的大脑信号强度数据，即用户能够观察到整个训练过程的训练结果，更加有利于用户采用比较学习法进行不同训练策略的探索，改善训练效果，提升训练成功率，另外，反馈方式多样化。

Description

神经反馈训练系统
技术领域
本发明涉及训练辅具的技术领域，尤其是涉及一种神经反馈训练系统。
背景技术
神经反馈技术采用生物反馈方法，通过脑电图、功能磁共振、功能近红外光谱等设备采集受试者的大脑信号，并且以视觉或其它方式呈现给受试者，以供受试者进行自我学习和调节，从而有可能进一步影响受试者的相关的认知功能和行为。现有证据已证明了通过神经反馈方法对特定的大脑功能进行直接调节的可行性，并且能够进一步增强健康人群的相关行为能力和改善精神障碍患者的相关症状(如：记忆、注意等)。
基于脑电图(EEG)和功能磁共振成像(fMRI)的神经反馈对大脑激活和行为的影响得到了较为广泛的研究。近年来，研究人员已经开始关注基于功能近红外光谱技术(fNIRS)的神经反馈训练。fNIRS是一种无创性光学神经成像技术，其原理类似于血氧水平依赖性的功能磁共振，可用于检测与大脑神经活动相关的血红蛋白浓度的变化，具有使用成本较低、便携、生态有效性和运动鲁棒性较好的特征。因此，基于功能近红外光谱技术的神经反馈训练具有更高的实际应用价值，应用前景更加广泛。
目前，随着功能近红外光谱技术和神经反馈训练方法的发展，出现了一些用于光学脑成像的神经反馈训练系统，但是这些系统的反馈信息单一且信息反馈方式单一，受试者只能观察到以单一数字的形式呈现的自己的当前时刻的训练结果，无法观察到包含以往组块训练的整个训练过程的训练结果，不利于受试者采用比较学习法进行不同训练策略的探索，会导致训练效果不佳，训练成功率较低。
综上，现有的神经反馈训练系统存在反馈信息单一且信息反馈方式单一的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种神经反馈训练系统，以缓解现有的神经反馈训练系统反馈的反馈信息单一且信息反馈方式单一的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种神经反馈训练系统，包括：近红外光谱脑功能成像设备和神经信号反馈显示设备；
所述近红外光谱脑功能成像设备，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将所述大脑神经活动信息发送至所述神经信号反馈显示设备；
所述神经信号反馈显示设备，用于接收所述大脑神经活动信息，对所述大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将所述大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，所述预设反馈参数至少包括：组块设计范式参数和反馈方式参数，所述组块设计范式参数包括：训练组块数目和训练组块持续时间，多个训练组块中的大脑信号强度数据构成了所述用户的整个训练结果，一个训练组块中的大脑信号强度数据与所述用户的一种或多种训练策略对应，所述反馈方式参数包括以下任一种：经典时间序列图方式、动画方式。
进一步的，所述神经信号反馈显示设备包括：参数设置模块、近红外数据采集和预处理模块、神经信号反馈显示模块；
所述参数设置模块，用于接收所述用户输入或选择的训练参数；
所述近红外数据采集和预处理模块，用于接收所述大脑神经活动信息，根据所述训练参数对所述大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据；
所述神经信号反馈显示模块，用于根据所述训练参数将所述大脑信号强度数据进行实时反馈显示。
进一步的，所述训练参数至少包括：所述用户的编号、所述用户的姓名、所述用户的训练次数、所述训练组块数目、所述训练组块持续时间、反馈通道信息、信号放大参数、所述反馈方式参数。
进一步的，所述近红外数据采集和预处理模块包括：初始化单元、数据采集单元、数据预处理单元；
所述初始化单元，用于建立所述神经信号反馈显示设备与所述近红外光谱脑功能成像设备之间的连接关系；
所述数据采集单元，用于接收所述近红外光谱脑功能成像设备发送的预设采集通道的大脑神经活动信息；
所述数据预处理单元，用于根据所述训练参数对所述数据采集单元发送的大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，其中，所述预处理包括：平滑处理、基线校正处理。
进一步的，所述组块设计范式参数所对应的组块设计范式为调节训练组块和休息训练组块交替的模式，其中，在所述调节训练组块，所述用户使用训练策略进行训练，在所述休息训练组块，所述用户为休息状态。
进一步的，所述大脑信号强度数据包括以下任一种：氧合血红蛋白浓度数据、脱氧血红蛋白浓度数据。
进一步的，所述训练参数还包括：加载数据参数；
所述神经信号反馈显示设备，还用于根据所述加载数据参数加载历史大脑信号强度数据，并将所述历史大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示。
进一步的，所述神经信号反馈显示设备还包括：存储模块；
所述存储模块，用于存储所述大脑神经活动信息、所述预处理后的信息、所述大脑信号强度数据、反馈显示的关于大脑信号强度数据的显示图片。
进一步的，所述经典时间序列图方式和所述动画方式实时反馈显示的大脑信号强度数据为采用逐点绘制，并将每一步的绘制结果与绘制背景加以合成得到的图像。
进一步的，所述神经信号反馈显示设备还包括：维持性测试模块；
当所述用户通过所述维持性测试模块选择维持性测试时，所述神经信号反馈显示设备在各训练组块的大脑信号强度数据呈现预设图形。
在本发明实施例中，提供了一种神经反馈训练系统，包括：近红外光谱脑功能成像设备和神经信号反馈显示设备；近红外光谱脑功能成像设备，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将大脑神经活动信息发送至神经信号反馈显示设备；神经信号反馈显示设备，用于接收大脑神经活动信息，对大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，预设反馈参数至少包括：组块设计范式参数和反馈方式参数，组块设计范式参数包括：训练组块数目和训练组块持续时间，多个训练组块中的大脑信号强度数据构成了用户的整个训练结果，一种训练组块中的大脑信号强度数据与用户的一种或多种训练策略对应，反馈方式参数包括以下任一种：经典时间序列图方式、动画方式。通过上述描述可知，本发明的神经反馈训练系统能够反馈用户多个训练组块中的大脑信号强度数据，即用户能够观察到整个训练过程的训练结果，更加有利于用户采用比较学习法进行不同训练策略的探索，改善训练效果，提升训练成功率，另外，在进行大脑信号强度数据的反馈时，可以以经典时间序列图方式进行反馈，还可以以动画方式进行反馈，即反馈方式多样化，缓解了现有的神经反馈训练系统反馈的反馈信息单一且信息反馈方式单一的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种神经反馈训练系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的神经信号反馈显示设备的示意图；
图3(a)为本发明实施例提供的伪反馈控制交互界面的示意图；
图3(b)为本发明实施例提供的真实反馈控制交互界面的示意图；
图3(c)为本发明实施例提供的维持性测试控制交互界面的示意图；
图4为本发明实施例提供的组块设计范式的示意图；
图5为本发明实施例提供的经典时间序列图方式显示的大脑信号强度数据的示意图；
图6为本发明实施例提供的动画方式显示的大脑信号强度数据的示意图；
图7为本发明实施例提供的近红外数据采集和预处理模块的示意图；
图8为本发明实施例提供的经典时间序列图方式显示的维持性测试反馈界面的示意图；
图9为本发明实施例提供的动画方式显示的维持性测试反馈界面的示意图。
图标：1-近红外光谱脑功能成像设备；2-神经信号反馈显示设备；21-参数设置模块；22-近红外数据采集和预处理模块；23-神经信号反馈显示模块；221-初始化单元；222-数据采集单元；223-数据预处理单元。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种神经反馈训练系统进行详细介绍。
实施例一：
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种神经反馈训练系统进行详细介绍，参见图1所示的一种神经反馈训练系统的示意图，主要包括：近红外光谱脑功能成像设备1和神经信号反馈显示设备2；
近红外光谱脑功能成像设备1，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将大脑神经活动信息发送至神经信号反馈显示设备2；
神经信号反馈显示设备2，用于接收大脑神经活动信息，对大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，预设反馈参数至少包括：组块设计范式参数和反馈方式参数，组块设计范式参数包括：训练组块数目和训练组块持续时间，多个训练组块中的大脑信号强度数据构成了用户的整个训练结果，一个训练组块中的大脑信号强度数据与用户的一种或多种训练策略对应，反馈方式参数包括以下任一种：经典时间序列图方式、动画方式。
上述近红外光谱脑功能成像设备1利用了脑组织血红蛋白对近红外吸收率的差异，检测大脑皮层中的血红蛋白(氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白)的浓度，从而得以间接地反映出大脑特定区域的活动情况，近红外光谱脑功能成像设备1将输出一系列大脑神经活动信息至神经信号反馈显示设备2。在本发明的系统中，主要选用了常见的ETG4100和ETG7100近红外光谱脑功能成像设备1(日立医疗有限公司，日本)以及NIRSport2近红外光谱脑功能成像设备(NIRX Medizintechnik，GmbH，Berlin，Germany)采集大脑神经活动信息，近红外光谱脑功能成像设备1与神经信号反馈显示设备2之间采用TCP/IP协议或lab streaminglayer(LSL)进行连接，近红外光谱脑功能成像设备1的发射光极与接收光极参照脑电10-20系统放置，在使用时，用户应尽量避免头动或身体运动，防止信号输出受到影响。
当上述一个训练组块中的大脑信号强度数据与用户的一种训练策略对应时，可以是：各个训练组块之间对应不同的训练策略；还可以是各个训练组块中存在不同训练组块对应不同训练策略的情况，也存在不同训练组块对应对应相同训练策略的情况；还可以是各个训练组块之间对应同一种训练策略，本发明实施例对上述具体情况不进行具体限制。
在本发明实施例中，提供了一种神经反馈训练系统，包括：近红外光谱脑功能成像设备1和神经信号反馈显示设备2；近红外光谱脑功能成像设备1，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将大脑神经活动信息发送至神经信号反馈显示设备2；神经信号反馈显示设备2，用于接收大脑神经活动信息，对大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，预设反馈参数至少包括：组块设计范式参数和反馈方式参数，组块设计范式参数包括：训练组块数目和训练组块持续时间，多个训练组块中的大脑信号强度数据构成了用户的整个训练结果，一个训练组块中的大脑信号强度数据与用户的一种或多种训练策略对应，反馈方式参数包括以下任一种：经典时间序列图方式、动画方式。通过上述描述可知，本发明的神经反馈训练系统能够反馈用户多个训练组块中的大脑信号强度数据，即用户能够观察到整个训练过程的训练结果，更加有利于用户采用比较学习法进行不同训练策略的探索，改善训练效果，提升训练成功率，另外，在进行大脑信号强度数据的反馈时，可以以经典时间序列图方式进行反馈，还可以以动画方式进行反馈，即反馈方式多样化，缓解了现有的神经反馈训练系统反馈的反馈信息单一且信息反馈方式单一的技术问题。
在本发明的一个可选实施例中，参考图2，神经信号反馈显示设备2包括：参数设置模块21、近红外数据采集和预处理模块22、神经信号反馈显示模块23；
参数设置模块21，用于接收用户输入或选择的训练参数；
近红外数据采集和预处理模块22，用于接收大脑神经活动信息，根据训练参数对大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据；
神经信号反馈显示模块23，用于根据训练参数将大脑信号强度数据进行实时反馈显示。
具体的，上述训练参数至少包括：用户的编号、用户的姓名、用户的训练次数、训练组块数目、训练组块持续时间、反馈通道信息、信号放大参数、反馈方式参数。
在本发明实施例中，用户可以对参数设置模块21中的参数进行操作，从而对整个神经反馈训练系统进行控制，参数设置模块21包括伪反馈(反馈信号采用其它已有信号进行绘制)控制交互界面(如图3(a)所示)、真实反馈控制交互界面(如图3(b)所示)、维持性测试控制交互界面(如图3(c)所示)，其中所使用的参数包括：1、用户的编号(subjectnumber)；2、用户的姓名(subject name)；3、用户的训练次数(run number)，用户在训练过程中往往进行多次训练，该参数用于记录用户当前的训练次数；4、训练组块数目(blocknumber)，该系统采用的组块设计范式如图4所示，组块设计范式参数所对应的组块设计范式为调节训练组块和休息训练组块交替的模式，其中，在调节训练组块，用户使用训练策略进行训练(用户使用各种心理控制策略按照训练要求使得屏幕显示的线条升得尽可能地高或者尽可能低)，在休息训练组块，用户为休息状态，不需要使用任何策略或者不需要进行任何操作。该参数决定了在一次完整的训练中呈现的训练组块数目，其中包含休息和调节阶段，该参数的不同会影响反馈界面的呈现，如图5和图6所示，其中的训练组块数目为8，休息和调节阶段共计八个训练组块；5、训练组块持续时间(block duration)意味着每个训练组块将会持续的时间，如默认参数25意味着休息和调节阶段将交叉进行，每个阶段将持续25s；6、绘制通道(plot channel，也即反馈通道)参数，用于表示系统将会读取哪一个通道或者多个通道的数据作为最终反馈信息的数据源，不同的通道采集不同的大脑区域的信号；7、放大倍数(magnification)参数意味着系统将把原始信号进行放大的倍数，因不同用户的大脑活动强度可能具有较大的差异，因此根据用户的个人情况，需要将原始信号放大一定的倍数，从而达到较好的呈现效果，需要说明的是，不同设备采集的原始信号也需要不同的放大倍数；8、背景(background)的变更是本系统进行反馈方式转换的操作方式，此参数的下拉栏中将设有经典(classical)以及动画(vivid)两种方式，经典时间序列图方式的呈现效果见图5所示，动画方式的呈现效果见图6所示，9、在伪反馈控制交互界面中，还设有加载数据(load data)的选项，该选项可帮用户载入与当前用户相类似的大脑信号强度数据，以伪反馈的方式检验其训练是否有效，即相应大脑区域活动是否有变化；在完成训练参数的设定后，点击开始(start)，将开始运行系统，参数设置模块21将会把所设定的训练参数输入近红外数据采集和预处理模块22、神经信号反馈显示模块23中，重置(reset)按钮，将会在一次训练之后，将参数返回为默认参数，之后可重新进行参数设置。
考虑到目前已有其他平台的反馈形式不能使用户直观地观察自己在不同训练组块中的训练情况，并且进行比较学习，由此可能会导致训练效果不佳的现象，因此，系统的反馈呈现模式将保留用户在不同的训练组块中的表现情况，以期达到更佳的训练效果。用户将基于这一范式自主根据实验需求设定一系列参数，通过参数设置模块21进行训练参数设置，具体参数设置已在上述内容中进行了描述，并在选定所需要的反馈方式后进行反馈训练，反馈信号将以使用者所设定的反馈方式以经典时间序列图方式或动画方式呈现在显示设备上。
在本发明的一个可选实施例中，参考图7，上述近红外数据采集和预处理模块22包括：初始化单元221、数据采集单元222、数据预处理单元223；
初始化单元221，用于建立神经信号反馈显示设备2与近红外光谱脑功能成像设备1之间的连接关系；
数据采集单元222，用于接收近红外光谱脑功能成像设备1发送的预设采集通道的大脑神经活动信息；
数据预处理单元223，用于根据训练参数对数据采集单元222发送的大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，其中，预处理包括：平滑处理、基线校正处理。
上述初始化单元221主要通过TCP\IP协议或者lab streaming layer(LSL)使神经信号反馈显示设备2与近红外光谱脑功能成像设备1之间建立连接。
当参数设置模块21将训练参数传入近红外数据采集和预处理模块22后，近红外数据采集和预处理模块22的数据采集单元222首先接收近红外光谱脑功能成像设备1发送的预设采集通道的大脑神经活动信息，然后，数据预处理单元223根据训练参数对大脑神经活动信息进行预处理，选择预设通道的预设的大脑信号强度数据(氧合血红蛋白浓度数据和脱氧血红蛋白浓度数据中的一种)，对预设的大脑信号强度数据进行平滑处理，原始信号中包含较多噪音，如果直接呈现将会影响用户对反馈信号的识别和策略学习，采用平滑处理将可以使获得的数据更为准确，本系统中采用的平滑处理方法是移动平均值，意味连续采集一系列点的坐标，例如，如果使用ETG7100，其采样率为10Hz(每种近红外光谱脑功能成像设备1的采样率是不同的，有的设备的采样率是固定的，有的设备的采样率是随着不同测量区域的变化而变化的)，将移动平均值计算设置为不断在去除空值的基础上计算相邻十个数据点的平均值，结果最终得以确定为平滑后的数值，平滑处理后的信号将会去除部分噪音，更加准确。平滑处理过的数据将继续进行基线校正处理，原因在于实际采集的数据成分复杂，除了基本的特征变量之外，还有背景基线、噪声等信号，通过分析实际数据发现，检测对象的数据的主要成分来源于采集环境和设备所导致的基线，或者是所谓的背景，所以在分析数据之前，只有将背景基线从高维的、非零变量的复杂数据中滤除，才能从获得纯光谱数据中选择出分析对象对应的特征数据，本系统采用预扫描状态下的10秒时间中血红蛋白的浓度作为基线值，整个反馈训练过程中的信号值都将减去这一个基线值，数据的预处理过程结束，系统会将预处理过后的数据进行保存，预处理之后的数据可能会经过相应的计算再进行显示，例如：如果在参数设置部分填写了多个通道，那么就会进行均值计算，根据实验要求的不同也可以进行差值运行，或者进行皮尔逊相关运算等进一步数据处理程序，从而产生反馈不同的神经活动指标，进而，继续传送至神经信号反馈显示模块23，进而神经信号反馈显示模块23根据训练参数将大脑信号强度数据(即反馈神经活动指标)进行实时反馈显示，呈现反馈信息，用户根据反馈信息自我学习针对特定的大脑区域活动的调节。
在本发明的一个可选实施例中，神经信号反馈显示设备2还包括：存储模块；
存储模块，用于存储大脑神经活动信息、预处理后的信息、大脑信号强度数据、反馈显示的关于大脑信号强度数据的显示图片。
在用户根据反馈信号完成反馈训练之后，系统将根据用户输入的相关信息，自动保存神经反馈训练过程的用户的大脑信号强度数据及反馈界面图片(即反馈显示的关于大脑信号强度数据的显示图片)。
在本发明的一个可选实施例中，训练参数还包括：加载数据参数；
神经信号反馈显示设备2，还用于根据加载数据参数加载历史大脑信号强度数据，并将历史大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示。
具体的，该系统支持呈现历史大脑信号强度数据作为伪反馈训练组中的反馈对象，用户只需简单符合要求的历史大脑信号强度数据，系统将自动选择预处理之后的历史大脑信号强度数据，并模拟真实反馈的形式呈现在反馈界面上，同时记录接受伪反馈训练的用户的真实的大脑活动，以实现伪反馈训练。
在本发明的一个可选实施例中，经典时间序列图方式和动画方式实时反馈显示的大脑信号强度数据为采用逐点绘制，并将每一步的绘制结果与绘制背景加以合成得到的图像。
本发明的经典时间序列图方式和动画方式能够满足不同用户的训练需求，其中的动画方式是一种生态效度更高的方式，可帮助年龄较小或者其它特殊情况的用户接受更长时间的训练。参考图5可知，在近红外数据采集和预处理模块22将大脑信号强度数据发送至神经信号反馈显示模块23后，神经信号反馈显示模块23将大脑信号强度数据作为经典时间序列图进行输出，当信号的纵坐标越高时(图5和图6中，在反馈界面为了美观，对横纵坐标进行了隐藏处理)，意味着神经活动指标越高，可以间接反映大脑活动水平越高，用户将以该信息作为神经反馈指标，之后可以通过使用不同的心理策略调节相应的脑区活动，不同于其它平台，本系统可以保留训练过的训练组块的曲线轨迹，从而用户可以将自己所使用的策略加以比较，从而达到更好的练习结果。为了保证实时反馈数据的有效性，需要保证较高的采样率，但由于较高的采样率会使得计算机计算效率降低，计算负担增加，因此往往容易出现运行卡顿现象，在严格的实时反馈训练中是不利的，因此，为保证采样率，本发明优化了数据绘制方式，采用逐点绘制，并将每一步的绘制结果与绘制背景加以合成，以此可以降低绘图的负荷，从而能在不发生延迟的情况下保证较高的采样率，本发明保证了与近红外设备一样的采样率，保证了设备性能的最优发挥，有效保障了神经反馈的实时性要求。
图5中，用灰色指示调节时段，用白色指示休息时段，用户的目标是在休息时段要求用户进入休息状态，不需要使用任何策略或者不需要进行任何操作，在调节时段需要根据训练目的尽可能提高或者降低神经活动指标水平。背景图根据训练的要求生成，利用计算机绘制像素矩阵，根据训练组块数目的不同及屏幕的大小不同将生成相应的背景图片。图6中，利用阴天(图中的浅灰色)表示休息阶段，利用晴天(图中的深灰色)表征调节阶段，小鸟飞翔的高度将作为神经活动指标高低的指示，从而表征相应大脑区域的活动水平，该图片同样使用像素矩阵绘制。针对不同用户的需求，采用动画方式可以保证用户能够接受较长时间的神经反馈训练。
在本发明的一个可选实施例中，神经信号反馈显示设备2还包括：维持性测试模块；
当用户通过维持性测试模块选择维持性测试时，神经信号反馈显示设备2在各训练组块的大脑信号强度数据呈现预设图形。
具体的，为了确认经过训练以后，用户在没有反馈信息的情况下是否还能够继续使用此前学会的大脑调节技能来改变自身大脑活动水平，主试可以利用本系统对用户的训练效果进行一次维持性测试(maintainance test)，在维持性测试中，用户进行大脑活动调节时不会得到任何神经反馈信息，如图8所示。随着时间变化，会在反馈界面中呈现出一条直线，通过背景依旧提示用户需要交替进行休息和调节。
本发明的神经反馈训练系统具有以下优点：
1、本发明的系统为用户提供了比较学习法，可以使用户在不同训练计划中自我学习并更加直观比较策略有效性，较现有的神经反馈训练系统会有更好的训练效果；
2、本发明的系统优化了反馈信息实现流程，在运行过程中有效保证了较高的采样率，也保证了系统的长期稳定运行；
3、本发明的系统针对使用情景和不同用户提供了丰富的自定义参数，并给出了不同的反馈方式。
即本发明的系统是基于近红外脑功能成像技术开发得到的，简洁可用，能够使使用者通过简单地操作控制面板上的参数来实现神经反馈信号的输出，使用户能通过比较学习法探索有效策略以达到较优训练效果的训练过程。
本发明实施例所提供的神经反馈训练系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种神经反馈训练系统，其特征在于，包括：近红外光谱脑功能成像设备和神经信号反馈显示设备；
所述近红外光谱脑功能成像设备，用于采集用户在使用不同训练策略进行训练时的大脑神经活动信息，并将所述大脑神经活动信息发送至所述神经信号反馈显示设备；
所述神经信号反馈显示设备，用于接收所述大脑神经活动信息，对所述大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，将所述大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，所述预设反馈参数至少包括：组块设计范式参数和反馈方式参数，所述组块设计范式参数包括：训练组块数目和训练组块持续时间，多个训练组块中的大脑信号强度数据构成了所述用户的整个训练结果，一个训练组块中的大脑信号强度数据与所述用户的一种或多种训练策略对应，所述反馈方式参数包括以下任一种：经典时间序列图方式、动画方式；
训练参数还包括：加载数据参数；
所述神经信号反馈显示设备，还用于根据所述加载数据参数加载历史大脑信号强度数据，并将所述历史大脑信号强度数据按照预设反馈参数进行实时反馈显示，其中，在伪反馈控制交互界面中，还设有加载数据的选项，加载数据的选项可帮用户载入与当前用户相类似的大脑信号强度数据，以伪反馈的方式检验其训练是否有效，即相应大脑区域活动是否有变化，所述神经反馈训练系统支持呈现所述历史大脑信号强度数据作为伪反馈训练组中的反馈对象，用户只需简单选择符合要求的所述历史大脑信号强度数据，所述神经反馈训练系统将自动选择预处理之后的历史大脑信号强度数据，并模拟真实反馈的形式呈现在反馈界面上，同时记录接受伪反馈训练的用户的真实的大脑活动，以实现伪反馈训练；
所述经典时间序列图方式和所述动画方式实时反馈显示的大脑信号强度数据为采用逐点绘制，并将每一步的绘制结果与绘制背景加以合成得到的图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述神经信号反馈显示设备包括：参数设置模块、近红外数据采集和预处理模块、神经信号反馈显示模块；
所述参数设置模块，用于接收所述用户输入或选择的训练参数；
所述近红外数据采集和预处理模块，用于接收所述大脑神经活动信息，根据所述训练参数对所述大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据；
所述神经信号反馈显示模块，用于根据所述训练参数将所述大脑信号强度数据进行实时反馈显示。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述训练参数至少包括：所述用户的编号、所述用户的姓名、所述用户的训练次数、所述训练组块数目、所述训练组块持续时间、反馈通道信息、信号放大参数、所述反馈方式参数。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述近红外数据采集和预处理模块包括：初始化单元、数据采集单元、数据预处理单元；
所述初始化单元，用于建立所述神经信号反馈显示设备与所述近红外光谱脑功能成像设备之间的连接关系；
所述数据采集单元，用于接收所述近红外光谱脑功能成像设备发送的预设采集通道的大脑神经活动信息；
所述数据预处理单元，用于根据所述训练参数对所述数据采集单元发送的大脑神经活动信息进行预处理，并提取预处理后的信息中的预设的大脑信号强度数据，其中，所述预处理包括：平滑处理、基线校正处理。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述组块设计范式参数所对应的组块设计范式为调节训练组块和休息训练组块交替的模式，其中，在所述调节训练组块，所述用户使用训练策略进行训练，在所述休息训练组块，所述用户为休息状态。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述大脑信号强度数据包括以下任一种：氧合血红蛋白浓度数据、脱氧血红蛋白浓度数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述神经信号反馈显示设备还包括：存储模块；
所述存储模块，用于存储所述大脑神经活动信息、所述预处理后的信息、所述大脑信号强度数据、反馈显示的关于大脑信号强度数据的显示图片。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述神经信号反馈显示设备还包括：维持性测试模块；
当所述用户通过所述维持性测试模块选择维持性测试时，所述神经信号反馈显示设备在各训练组块的大脑信号强度数据呈现预设图形。
CN202110959972.3A 2021-08-20 2021-08-20 神经反馈训练系统 Active CN113521484B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110959972.3A CN113521484B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 神经反馈训练系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110959972.3A CN113521484B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 神经反馈训练系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113521484A CN113521484A (zh) 2021-10-22
CN113521484B true CN113521484B (zh) 2023-03-28

Family

ID=78091885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110959972.3A Active CN113521484B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 神经反馈训练系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113521484B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115562038B (zh) * 2022-11-01 2023-08-29 南栖仙策(南京)高新技术有限公司 一种反馈控制系统变化的预警方法、装置、设备及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109195518A (zh) * 2016-05-05 2019-01-11 湖南贝斯特恩生物科技有限责任公司 神经反馈系统及方法
CN109925582A (zh) * 2019-03-20 2019-06-25 天津大学 双模态脑-机交互式运动神经反馈训练装置和方法
CN111489011A (zh) * 2020-02-07 2020-08-04 北京鸿天宇科技有限公司 基于机器学习算法的经济信息处理系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8457705B2 (en) * 2006-10-25 2013-06-04 University Of Denver Brain imaging system and methods for direct prosthesis control
CN103040446A (zh) * 2012-12-31 2013-04-17 北京师范大学 基于光学脑成像的神经反馈训练系统和神经反馈训练方法
CN104091070B (zh) * 2014-07-07 2017-05-17 北京泰乐德信息技术有限公司 一种基于时间序列分析的轨道交通故障诊断方法和系统
CN105534534A (zh) * 2015-12-09 2016-05-04 浙江大学 一种基于实时功能磁共振的情绪识别方法、装置及系统
US11013449B2 (en) * 2019-05-21 2021-05-25 Roshan Narayan Sriram Methods and systems for decoding, inducing, and training peak mind/body states via multi-modal technologies
CN111281399A (zh) * 2020-02-03 2020-06-16 国家康复辅具研究中心 基于近红外的多频段生理信号反馈系统及其使用方法
CN112163518B (zh) * 2020-09-28 2023-07-18 华南理工大学 情绪监测的情绪建模方法及情绪监测调节系统
CN113144541A (zh) * 2021-03-23 2021-07-23 佛山科学技术学院 一种基于光学脑成像的运动神经反馈系统及训练方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109195518A (zh) * 2016-05-05 2019-01-11 湖南贝斯特恩生物科技有限责任公司 神经反馈系统及方法
CN109925582A (zh) * 2019-03-20 2019-06-25 天津大学 双模态脑-机交互式运动神经反馈训练装置和方法
CN111489011A (zh) * 2020-02-07 2020-08-04 北京鸿天宇科技有限公司 基于机器学习算法的经济信息处理系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113521484A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Citi et al. P300-based BCI mouse with genetically-optimized analogue control
Buccino et al. Hybrid EEG-fNIRS asynchronous brain-computer interface for multiple motor tasks
Borgheai et al. Enhancing communication for people in late-stage ALS using an fNIRS-based BCI system
CN105938397B (zh) 基于稳态运动视觉诱发电位与缺省刺激响应的混合脑-机接口方法
CN111035840B (zh) Vr闭环毒瘾自控力训练系统
WO2012102675A1 (en) A method and system for detecting attention
CN112545517A (zh) 一种注意力训练方法和终端
CN115349873A (zh) 一种基于脑机接口系统的闭环脑功能强化训练装置及方法
US20100094156A1 (en) System and Method for Biofeedback Administration
Bigirimana et al. Emotion-inducing imagery versus motor imagery for a brain-computer interface
CN116313029B (zh) 一种数字针灸动态控制优化的方法、系统和装置
Mehmood et al. Children emotion regulation: Development of neural marker by investigating human brain signals
CN113521484B (zh) 神经反馈训练系统
Zhang et al. Evaluation of color modulation in visual P300-speller using new stimulus patterns
CN116746885A (zh) 麻醉深度监测系统及其方法
CN113611395A (zh) 基于虚拟现实技术的精神心理疾患用户辅助训练方法
CN115517687A (zh) 基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统
Yang et al. An online BCI game based on the decoding of users' attention to color stimulus
CN117133404B (zh) 一种针对胸廓出口综合征的智能化康复护理装置
Sadeghi et al. A comprehensive benchmark dataset for SSVEP-based hybrid BCI
CN109620265A (zh) 识别方法及相关装置
Angeloni et al. P300-based brain-computer interface memory game to improve motivation and performance
Cai et al. An adaptive neurofeedback method for attention regulation based on the Internet of Things
O'Doherty et al. Exploring gaze-motor imagery hybrid brain-computer interface design
CN111887845A (zh) 一种基于eeg神经反馈注意力调节系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant