CN115501483A - 一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法及装置，方法包括通过选择的任务组对用户进行认知训练，并获取进行认知训练时用户的脑电数据，通过分析用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数，通过个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对用户进行个性化经颅电刺激，以对用户进行认知干预，根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组重复执行方法，直至用户完成预设数量的任务组。本发明提出的方法在经颅电刺激的同时搭配认知训练，实现刺激和训练的个性化干预，更有效地促进干预效果以改善认知障碍，刺激不敏感且不易干扰其他脑区的正常工作，为使用者提供更舒适的使用体验。
Description
技术领域
本发明属于神经技术领域，具体涉及一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法及装置。
背景技术
经颅电刺激（Transcranial Electrical Stimulation，TES）是一种非入侵性神经刺激技术，它主要通过电极将安全的、低强度的电流作用于特定脑区调节大脑皮层神经活动。经颅电刺激的电流波形包括：交流（tACS）、直流（tDCS）、随机噪音（tRNS）、振荡直流（O-tDCS）等。
相比直流、随机噪音和振荡直流等刺激模式，经颅交流电刺激能调节大脑振荡并将特定频率范围的大脑振荡与认知过程联系起来，且刺激引发不良反应弱。在近年来，经颅电刺激技术被广泛应用于认知和神经干预，已被证实能改善认知表现、治疗神经精神疾病。
认知训练是指将心理学专业理论、范式和游戏化思维相结合而设计的一系列训练系统，能有效改善注意、记忆、执行控制等认知能力的水平。因此，将认知训练结合经颅交流电刺激进行认知障碍干预是一种可行性高、效果有保障、潜力巨大的干预方法。
目前已有的经颅电刺激干预认知的技术的对个体的干预效果存在较大的差异，因此，针对个体差异实施个性化干预是必要的。现有技术能够在一定程度上实现个性化的刺激，提高工作记忆训练效果，但使用的经颅直流电刺激一般具有空间分辨率低、不良感受较强等缺点，即使改善了空间分辨率的问题，但仍无法避免刺激给用户带来明显的不良感受。
此外，现有技术中的经颅直流电刺激以极性依赖的方式调节自发神经元活动，增强一个区域的心理功能可能会对另一个区域产生抑制影响，而经颅交流电刺激能够调节大脑振荡，并将特定频率安慰的大脑振荡与认知过程联系起来，不会抑制另一个脑区的功能，对大脑整体的调控精度高于经颅直流电；通过用电荷平衡的AC刺激电流刺激大脑可以改善疗效并减轻患者的不适感，但缺乏个性化的刺激设定，达不到最佳的治疗效果。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A、通过选择的任务组对用户进行认知训练，并获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；
步骤B、通过分析所述用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数；
步骤C、通过所述个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对所述用户进行个性化经颅电刺激，以对所述用户进行认知干预；
步骤D、根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行步骤A，直至所述用户完成预设数量的任务组。
进一步地，所述训练结果包括所述用户完成的所述任务组中任务的准确率，所述方法还包括：
所述“根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组”，包括：
若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率超过第一预设比率，则选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；
若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率低于第二预设比率，则选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
可选地，所述脑电数据包括脑电信号、fMRI信号、近红外波信号或脑磁波信号。
具体地，所述“获取进行认知训练时所述用户的脑电数据”，包括：
通过脑电采集模块获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；所述脑电采集模块包括参考电极、记录电极和接地电极。
具体地，所述无创经颅交流电刺激装置包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于对所述用户输出经颅交流电刺激。
本发明还提出了一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，用于实现如前文所述的方法，所述装置包括：
训练模块，用于通过选择的任务组对用户进行认知训练；
采集模块，用于获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；
分析处理模块，用于通过分析所述用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数；
干预模块，用于通过所述个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对所述用户进行个性化经颅电刺激，以对所述用户进行认知干预；
所述训练模块还用于根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行所述“通过选择的任务组对用户进行认知训练”的功能，直至所述用户完成预设数量的任务组。
进一步地，所述训练结果包括用户完成的所述任务组中任务的准确率，所述选择模块包括：
第一判断单元，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否超过第一预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；
第二判断单元，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否低于第二预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
具体地，所述采集模块包括若干个采集传感器，所述采集传感器用于获取所述用户进行认知训练的所述脑电数据，所述采集传感器通过导线连接所述分析处理模块，以将所述脑电数据发送至所述分析处理模块。
具体地，所述干预模块包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于基于生成的所述个性化经颅电刺激参数对所述用户输出经颅交流电刺激。
具体地，所述交流电刺激装置包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于对所述用户输出经颅交流电刺激。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法能够记录并分析脑电信号，输出的个性化刺激参数，配合认知训练，改善认知障碍，认知训练难度会根据使用者每次认知训练的效果进行动态调整，使用户能始终保持中等偏上的动机水平参与认知训练，确保认知训练效果、提高认知训练主动性；
进一步地，本发明提供的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法实施了个性化经颅交流电刺激，可有效促进干预效果，相较于直流电刺激也更不易干扰其他脑区的正常工作，为用户提供了更舒适的使用体验。
以此，本发明提供了一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法及系统，本发明提出的方法在经颅电刺激的同时搭配认知训练，可实现“自上而下”和“自下而上”同时干预，并实现刺激和训练的个性化干预，能更有效地促进干预效果以改善认知障碍，且刺激方向不敏感、刺激引发的不良反应弱、不易干扰其他脑区的正常工作，可以为使用者提供更舒适的使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法的整体流程示意图；
图2为实施例2提供的一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置的模块结构示意图；
图3为实施例2提供的一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置的工作流程示意图。
附图标记：
1-训练模块；2-采集模块；3-分析处理模块；4-干预模块；11-第一判断单元；12-第二判断单元；41-电极片。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，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者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。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
本发明的目的是提供一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，能够记录并分析脑电信号，输出的个性化刺激参数，实施个性化经颅交流电刺激，有效促进干预效果，配合认知训练，改善认知障碍。本发明提出的方法通过提供经颅交流电刺激，刺激方向不敏感且刺激引发的不良反应弱，比起直流电刺激也更不易干扰其他脑区的正常工作，可以为使用者提供更舒适的使用体验。
此外，本发明提出的方法在经颅电刺激的同时搭配认知训练，可实现“自上而下”和“自下而上”同时干预，并实现刺激和训练的个性化干预。
需要说明的是，前文中提及的“刺激个性化”指的是通过记录使用者在认知任务中的脑电通过，计算最佳刺激频率，为使用者提供个性化刺激；“训练个性化”指的是认知训练难度会根据使用者每次认知训练的效果进行动态调整，使用户能始终保持中等偏上的动机水平参与认知训练，确保认知训练效果、提高认知训练主动性。
实施例1
本实施例提出一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，请参考图1，方法包括：
步骤A、通过选择的任务组对用户进行认知训练，并获取进行认知训练时用户的脑电数据，进入步骤B。
需要说明的是，适应性认知训练是依据经典工作记忆任务N-back范式设计的一种自适应性认知训练。认知训练能有效地增强、巩固脑内神经元的联结，提高大脑可塑性。而自适应的认知训练，能使用户在认知训练期间保持中等偏上的动机水平，减少挫折感，提高用户训练兴趣。
本实施例中，认知训练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（VR，Virtual Reality）技术，使得用户感受到的场景更加形象、逼真，增强趣味性和用户训练的积极性。
具体地，所述“获取进行认知训练时所述用户的脑电数据”，包括：
通过脑电采集模块获取进行认知训练时用户的脑电数据；脑电采集模块包括参考电极、记录电极和接地电极，参考电极和记录电极设置于用户的额部，接地电极设置于用户的耳后。
还需要说明的是，获取的用户的脑电数据可以为脑电信号、fMRI信号、近红外波信号、脑磁波信号等，本实施例中以脑电信号为例，通过采集用户的脑电信号以实现个性化经颅电刺激干预认知障碍。
步骤B、通过分析用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数，进入步骤C。
具体地，步骤B包括：截取每张图片呈现的特定时间段的数据段，融合行为数据剔除反应错误的数据段，通过基线校正剔除阈值超过预设阈值范围的数据段后，进行小波时频分析，配合机器学习计算生成所述个性化经颅电刺激参数。
步骤C、通过个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对用户进行个性化经颅电刺激，以对用户进行认知干预，进入步骤D。
具体地，本实施例中，无创经颅交流电刺激装置包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于对所述用户输出经颅交流电刺激，基于生成的个性化经颅电刺激参数，通过电极对用户输出经颅交流电刺激，同时联合适应性行为训练，从自上而下和自下而上两个方向对用户进行认知干预。优选地，电极包括长方形凝胶电极。
步骤D、根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行步骤A，直至用户完成预设数量的任务组。
本实施例中，第一组任务可预设为固定难度或由用户自行选择难度，第一组任务之后的每组任务难度由在先对该用户进行认知训练的任务的结果决定，训练结果可包括该用户在预训练的该组任务前的预设数量组任务的结果，该用户在此次认知训练中在先进行的所有任务的结果。
具体地，所述“根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组”，包括：
若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率超过第一预设比率，则选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率低于第二预设比率，则选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
示例性地，本实施例中通过两组任务对用户进行认知训练，第一组任务由用户自行选择难度，第二组任务的难度由第一组任务的结果决定，任务难度N分为1～10十个等级，任务难度随N值变大而增加。难度最低，即N=1的认知训练任务内容为：在屏幕中依次呈现若干张图片，用户从第2张图片开始判断当前图片是否与前一张图片相同；有例可循地，各难度的认知训练任务内容分别为：在屏幕中依次呈现若干张图片，用户从第N张图片开始判断当前图片是否与在该图片前的N-1张图片相同。
本实施例中，用户通过选择“正确”或“错误”的选择选项以对任务中问题作出判断，当第一组任务中用户判断的正确率超过第一预设比率，使第二组任务的难度增加一级；当第一组任务中用户判断的正确率低于第二预设比率，则使第二组任务的难度降低一级。通过如上的难度设置方式，可以保证用户保持中等偏上的动机水平参与认知训练，能够达到确保认知训练效果、提高认知训练主动性的目的。
实施例2
本实施例提出一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，用于实现实施例1提出的个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，请参考图2、图3，所述装置包括：
训练模块1，用于通过选择的任务组对用户进行认知训练；
采集模块2，用于获取进行认知训练时用户的脑电数据；
分析处理模块3，用于通过分析用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数；
干预模块4，用于通过个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对用户进行个性化经颅电刺激，以对用户进行认知干预；
训练模块1还用于根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行“通过选择的任务组对用户进行认知训练”的功能，直至用户完成预设数量的任务组。
本实施例中，第一组任务可预设为固定难度或由用户自行选择难度，第一组任务之后的每组任务难度由在先对该用户进行认知训练的任务的结果决定，所述训练结果可包括该用户在预训练的该组任务前的预设数量组任务的结果，该用户在此次认知训练中在先进行的所有任务的结果。
具体地，训练模块1包括：
第一判断单元11，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否超过第一预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；
第二判断单元12，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否低于第二预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
具体地，采集模块2包括若干个采集传感器，采集传感器用于获取用户进行认知训练的脑电数据，采集传感器获取的用户的脑电数据可以为脑电信号、fMRI信号、近红外波信号、脑磁波信号等。采集传感器通过导线连接分析处理模块3，将获取到的脑电数据发送至分析处理模块3。具体地，干预模块4包括分别放置于用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，干预模块4通过电极基于生成的个性化经颅电刺激参数对用户输出经颅交流电刺激。本实施例中，干预模块4包括分别放置于用户左侧前额叶和右侧前额叶的两个长方形凝胶电极片41。
优选地，干预模块4连接训练模块1，使干预模块4通过电极对用户输出经颅交流电刺激的同时，联合训练模块1进行适应性行为训练，从自上而下和自下而上两个方向对用户进行认知干预。
综上所述，本发明提供了一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法及系统，本发明提出的方法在经颅电刺激的同时搭配认知训练，可实现“自上而下”和“自下而上”同时干预，并实现刺激和训练的个性化干预，能更有效地促进干预效果以改善认知障碍，且刺激方向不敏感、刺激引发的不良反应弱、不易干扰其他脑区的正常工作，可以为使用者提供更舒适的使用体验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A、通过选择的任务组对用户进行认知训练，并获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；
步骤B、通过分析所述用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数；
步骤C、通过所述个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对所述用户进行个性化经颅电刺激，以对所述用户进行认知干预；
步骤D、根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行步骤A，直至所述用户完成预设数量的任务组。
2.根据权利要求1所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述训练结果包括所述用户完成的所述任务组中任务的准确率，所述方法还包括：
所述“根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组”，包括：
若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率超过第一预设比率，则选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；
若所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率低于第二预设比率，则选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
3.根据权利要求1所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述脑电数据包括脑电信号、fMRI信号、近红外波信号或脑磁波信号。
4.根据权利要求1所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述“获取进行认知训练时所述用户的脑电数据”，包括：
通过脑电采集模块获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；所述脑电采集模块包括参考电极、记录电极和接地电极。
5.根据权利要求1所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的方法，其特征在于，所述无创经颅交流电刺激装置包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于对所述用户输出经颅交流电刺激。
6.一种个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，其特征在于，用于实现如权利要求1-5任一项所述的方法，所述装置包括：
训练模块，用于通过选择的任务组对用户进行认知训练；
采集模块，用于获取进行认知训练时所述用户的脑电数据；
分析处理模块，用于通过分析所述用户的进行认知训练的行为和脑电数据，以生成个性化经颅电刺激参数；
干预模块，用于通过所述个性化经颅电刺激参数控制无创经颅交流电刺激装置对所述用户进行个性化经颅电刺激，以对所述用户进行认知干预；
所述训练模块还用于根据当前任务组的认知训练结果选择下一任务组，并基于所选的任务组执行所述“通过选择的任务组对用户进行认知训练”的功能，直至所述用户完成预设数量的任务组。
7.根据权利要求6所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，所述训练结果包括用户完成的所述任务组中任务的准确率，所述训练模块包括：
第一判断单元，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否超过第一预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度高的任务组作为下一任务组；
第二判断单元，用于判断所述用户当前完成的所述任务组中任务的准确率是否低于第二预设比率，若判断结果为是，选择比当前任务组的难度低的任务组作为下一任务组。
8.根据权利要求6所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，其特征在于，所述采集模块包括若干个采集传感器，所述采集传感器用于获取所述用户进行认知训练的所述脑电数据，所述采集传感器通过导线连接所述分析处理模块，以将所述脑电数据发送至所述分析处理模块。
9.根据权利要求6所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，其特征在于，所述干预模块包括交流电刺激装置，所述交流电刺激装置用于基于生成的所述个性化经颅电刺激参数，通过电极对所述用户输出经颅交流电刺激。
10.根据权利要求9所述的个性化经颅电刺激干预认知障碍的装置，其特征在于，所述交流电刺激装置包括分别放置于所述用户左侧前额叶和右侧前额叶的至少两个电极，所述电极用于对所述用户输出经颅交流电刺激。
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