基于混合模态的脑机接口技术应用:神经康复新方向

随着人口老龄化和慢性病患者增加,康复医疗领域面临着巨大挑战和机遇。非侵入式脑机接口技术作为一种创新的诊疗手段,为脑卒中等中枢神经受损导致运动失能的患病人群带来了新的希望。与传统康复训练相比,单一模态脑机接口技术具有激活感觉运动皮质、从大脑层面协助病人康复的优势,但单一模态各范式具有各自的局限性。混合模态是近年的研究热点,以两种范式相结合的方式来提升整体系统的可靠性和准确性。基于此,提出了一种新的运动-视觉混合模态脑机接口技术,该系统在在线实验中的平均分类准确率为86.67%,能够同时诱发运动皮层和视觉皮层的响应,有望成为主动康复、神经重塑的新范式。

运动想象疗法联合视觉反馈训练在脑卒中偏瘫患者早期康复中的应用效果

目的:观察运动想象疗法联合视觉反馈训练在脑卒中偏瘫患者早期康复中的应用效果。方法:选取2021年3月—2022年6月于渭南市蒲城县医院接受康复训练的脑卒中偏瘫患者76例作为研究对象,采用随机数字表法分为常规训练组与联合训练组,各38例。常规训练组接受常规训练,联合训练组在常规训练组基础上接受运动想象疗法联合视觉反馈训练。比较两组生活能力、肢体功能、平衡能力。结果:干预后,两组自主如厕、自主穿衣、自主洗澡、自主运动、自主进食评分升高,联合训练组高于常规训练组,差异有统计学意义(P<0.05);干预后,两组运动能力、协调能力、感觉能力、关节活动能力评分升高,联合训练组高于常规训练组,差异有统计学意义(P<0.05);干预后,两组站立平衡、坐卧平衡、上臂前伸平衡、闭眼站立平衡、转身平衡评分升高,联合训练组高于常规训练组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:运动想象疗法联合视觉反馈训练在脑卒中偏瘫患者早期康复中的应用效果显著,可提高患者生活能力、肢体功能、平衡能力。

步态诱发功能性电刺激结合视觉运动想象在改善缺血性脑卒中后下肢肌力、神经运动功能中的效果

目的:分析步态诱发功能性电刺激结合视觉运动想象在改善缺血性脑卒中后下肢肌力、神经运动功能中的效果.方法:选取2021年1月至2022年10月期间本院收诊的108例缺血性脑卒中患者作为研究对象,根据康复方案将患者分成实验组(n=56,行步态诱发功能性电刺激结合视觉运动想象康复治疗)和对照组(n=52,仅行视觉运动想象康复治疗),比较两组治疗效果.结果:治疗后,实验组下肢肌力、步行功能评分评估量表(Holden)及步态测试量表(Tinetti)评分明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后,实验组简化运动功能评定表(Fugl-Meyer)评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后,实验组博格平衡量表(BBS)评分明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05).结论:步态诱发功能性电刺激结合视觉运动想象对缺血性脑卒中患者下肢肌力、神经运动功能的恢复有明显的疗效,可作为临床缺血性脑卒中患者的康复治疗方案.

运动想象疗法联合视觉反馈训练在卒中偏瘫患者中的应用效果

目的:观察运动想象疗法联合视觉反馈训练在卒中偏瘫患者中的应用效果。方法:选取2021年5月至2022年5月该院收治的114例卒中偏瘫患者进行前瞻性研究,按照随机抽签法将其分为对照组(n=57)和观察组(n=57)。对照组采取视觉反馈训练,观察组在对照组基础上联合运动想象疗法,比较两组训练前后肢体运动功能[Fugl-Meyer运动功能评定量表(FMA)]评分、平衡功能[Berg平衡量表(BBS)]评分、步频、步速、跨步长、满意度和日常生活活动能力[日常生活能力量表(ADL)]评分。结果:训练后,两组上、下肢FMA和BBS评分均高于训练前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);训练后,两组步频、步速、跨步长均大于训练前,且观察组大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组满意度为96.49%(55/57),高于对照组的80.70%(46/57),差异有统计学意义(P<0.05);训练后,两组ADL评分均低于训练前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:运动想象疗法联合视觉反馈训练应用于卒中偏瘫患者可提高FMA评分、BBS评分、步频、步速、跨步长和满意度,降低ADL评分,效果优于单纯视觉反馈训练。

中文版运动觉-视觉想象问卷的结构效度

目的探讨中文版运动觉-视觉想象问卷(KVIQ)-20和KVIQ-10在脑卒中患者和正常人应用中的结构效度。方法2012年10月至2014年3月,选取脑卒中患者和年龄、性别匹配的正常人各60例,应用中文版KVIQ-20和KVIQ-10进行评估,因子分析法分析结构效度。结果 KVIQ-20评估脑卒中患者,提取到2个因子,累计方差贡献率62.4%;KVIQ-10评估脑卒中患者,提取到2个因子,累计方差贡献率67.6%。KVIQ-20评估正常人,提取到2个因子,累计方差贡献率76.1%;KVIQ-10评估正常人,提取到2个因子,累计方差贡献率69.6%。2个因子可分别归纳为视觉想象和运动觉想象。结论中文版KVIQ-20和KVIQ-10具有良好的结构效度,可从视觉想象和运动觉想象两个维度评估运动想象能力。

运动表象训练对运动员视觉表象和运动觉表象的短时和长期效应

目的:探讨运动表象训练对运动员视觉表象和运动觉表象的短时和长期效应。方法:选取首都体育学院运动训练专业的运动员20人为实验组,运动人体科学专业大学生20人为对照组,分别实施运动表象训练。两组分别在训练前、训练后10 min、训练后48 h采用运动觉和视觉想象问卷,评估各自的运动觉表象和视觉表象分数。结果:重复测量方差分析显示,视觉表象分数和运动觉表象分数均存在时间主效应[FVI分数(2,37)=7.57,P<0.01;FKI分数(2,37)=11.75,P<0.01],表现为训练后10 min分数最高,训练后48 h次之,训练前分数最低。视觉表象分数训练后提高明显,48 h视觉表象分数与训练前相比无显著性差异(P=0.175);训练后运动觉表象分数较训练前提高并且下降缓慢,48 h运动觉表象与训练前相比仍有统计学差异(P=0.009)。实验组和对照组的变化趋势相同,实验组在每一时间点的运动觉分数和视觉分数均高于对照组,但无显著性差异。视觉表象分数和运动觉表象分数无分组因素主效应,且时间因素和分组因素无交互效应。结论:运动表象训练能提高从未参与运动表象训练人群的视觉表象能力和运动觉表象能力,短时更明显;其对运动觉表象的长时影响更为显著。

脑卒中患者心理旋转能力与视空间认知能力的关系

目的探索脑卒中患者心理旋转反应特点,以及心理旋转特征与视空间认知功能的关系。方法 2012年3月至2013年10月,选取30例脑卒中住院患者作为实验组,招募30名正常人作为对照组,进行手心理旋转任务测试以及蒙特利尔认知评估量表(MoCA)视空间与执行功能部分测试。结果实验组手心理旋转任务反应时显著长于对照组(F=95.6,P<0.001);随着旋转角度增加,两组反应时均延长,旋转180°所需的反应时最长(F=345.672,P<0.001)。实验组手心理旋转任务正确率低于对照组(F=6.444,P<0.05);随着旋转角度增加,两组正确率均降低,旋转180°的正确率最低(F=102.911,P<0.001)。实验组各旋转角度反应时与MoCA视空间认知评分负相关(P<0.05),各旋转角度正确率与视空间认知评分正相关(P<0.05)。结论脑卒中患者心理旋转能力受损,但反应方式与正常人相似。脑卒中患者的手心理旋转能力与视空间认知能力相关。

一种基于两种不同范式的混合型脑-机接口系统

混合模式脑机接口是脑-机接口研究的一个新方向,它为进一步提高脑-机接口系统性能提供了可能。现有的混合模式脑-机接口所采用的范式通常需要借助较强的视觉刺激,容易引起受试者疲劳等问题。本研究提出将运动想象和运动起始时刻视觉诱发电位两种无需强烈视觉刺激的范式以串行的方式相结合,通过运动起始时刻视觉诱发电位控制字符的输入,通过运动想象控制界面的开关和允许输入下一字符,实现了一种可用于字符输入的混合模式脑-机接口系统。为了验证系统的可行性,共完成了5例实验。实验中受试者首先进行两种范式的训练,然后进行开关系统界面和输入字符的测试。实验结果显示,经过一定训练的受试可以较好地完成系统的操作,运动想象单步操作平均时间最短为3.9 s,字符输入的正确率最高可达93.3%。除了不容易令受试者产生疲劳外,本系统相比单一感觉模式的脑-机接口也具有可完成任务种类多、控制方式灵活等优势。

基于运动想象的脑机接口关键技术研究

基于运动想象的脑机接口技术,被广泛的认为是最具有前景的一类脑机接口,但目前在该技术的发展过程中存在着一系列急需解决的问题。本文从信号获取、特征提取、模式分类、在线系统等方面,介绍了一些解决问题的方法,特别是基于笔者长期研究工作的系列解决方案。如信号获取中能够去除低频偏置的放大器设计方法;特征识别方面针对在运动想象脑机接口中广泛使用的共空间模式方法的改进算法,使其具有更强的抗噪音能力;模式识别方面所提出的基于线性判别分析的改进算法,以较大幅度提高分类准确率。最后介绍了基于上述方法而设计实现的一种基于运动想象和运动启动电位的在线脑机接口系统。

基于三维视觉指导的运动想象训练性能分析

为提高视觉指导下运动想象(MI)的训练效率和脑机接口(BCI)的分类准确率,研究了虚拟现实(VR)环境对MI训练的影响以及不同视觉指导下脑电(EEG)分类模型的差异。首先,设计了三种三维手部交互动画及其EEG采集程序;然后,分别在头戴式头盔(HMD)和平面液晶屏(LCD)的呈现环境下,对5名健康被试进行了标准(单次实验5 min)和长测(单次实验15 min)两种实验方案的左右手MI训练;最后,通过对EEG数据的模式分类,分析了呈现环境和内容形式对分类准确率的影响。实验结果表明,在视觉指导的MI训练中,HMD与LCD的呈现方式存在显著性差异。HMD所呈现的VR环境能够提高MI分类准确率,延长单次训练时长;此外,不同视觉指导内容下的分类模型存在较大差别,当测试样本与训练样本为同一视觉指导内容时,其平均分类准确率较之不同情况高出16.34%。

视觉运动整和不同发育水平儿童脑电功率差异

目的 初步探讨视觉运动整合 (VMI)不同发育水平儿童的脑电功率差异。方法 4 2名儿童接受VMI测验 ,脑电图 (EEG)、脑电地形图 (BEAM)检查 ,比较VMI高分组、低分组儿童不同脑区的脑电功率差异。结果 ①两组儿童脑电图视觉判别无差异 ;②慢波、快波、总功率及复合功率于不同脑区均有差异。结论 VMI高分组儿童的脑电活动水平高于低分组儿童 ,大脑各区的紧密联系、相互协调是视觉运动整合实现的基础。

基于视觉刺激的运动想象实时系统设计

以Matlab软件为平台,搭建了一种基于视觉刺激的实时脑机接口系统,选用共空间模式和支持向量机做实时信号处理,对5名被试各进行3次实验。实验结果表明:实时系统的最高正确率为90%,平均正确率为83%;采用的特征提取和模式识别算法具有较高的实时识别正确率和识别速度,设计的系统具有较高的可行性。

基于虚拟现实环境的脑机接口技术研究进展

将脑-机接口(brain-computer interface,BCI)技术与虚拟现实(virtual reality,VR)相结合构成基于虚拟现实的脑-机接口(BCI-VR)新技术是最近在多媒体和娱乐领域出现的一种BCI应用新模式。BCI-VR兼取两者优势互补,同时又相互促进创新,显示出广阔应用前景。本文从BCI-VR系统基本构成、BCI对VR控制和VR对BCI影响等方面,较详细介绍了近年来BCI-VR的主要研究方法、研究进展和成就,并根据作者体会小结了目前存在的难点与未来的可能发展动向,以与读者交流、共同促进BCI-VR新技术的快速发展。

西安城市儿童视觉运动整合及其补充测验常模的修订

目的 为系统完善地评估我国儿童视觉运动整合的发育提供有效工具。方法 引入VMI 4R测验 ,分层随机整群抽取西安城市健康儿童 1 798人 ,组成标准化人群 ,进行VMI 4R测验。并于标准人群中随机抽取儿童进行信度和效度检验。结果 编制了西安城市儿童VMI 4R测验的年龄等值、标准分和百分位常模 ;分半信度、KR2 0 系数、复测信度、评定者间信度检验的r值于 0 90～ 0 96之间 (P <0 0 1 )。效度检验中 ,VMI 4R与WISC R、WPPSI R、CRT、FQS、绘人测验呈中 高度相关 (P <0 0 5)。结论 调查结果显示VMI 4R测验结构稳定 ,信度良好 ,能有效反映儿童的视觉运动整合水平和特点 ,是值得推广的儿童智能筛查和认知发育评估的工具。

脑卒中运动想象近十年研究的可视化分析

目的可视化分析运动想象在脑卒中领域应用的研究现状,识别并预测研究热点和热点演变趋势。方法检索Web of Science核心集2010年至2020年运动想象应用于脑卒中领域的相关文献,采用CiteSpace软件,分别绘制国家、机构、作者、关键词的相关知识图谱。结果与结论年均发文量约70.5篇;合作发文高产国家为德国、美国和英国;合作发文高产机构为图宾根大学、庆应义塾大学、上海交通大学;合作发文高产团队以Gharabaghi A团队为代表;预测运动想象-脑机接口、基于运动想象的脑神经网络机制、脑卒中后遗症期运动功能康复尤其是步行功能康复是该领域的研究热点。

心理旋转试验在脑卒中患者运动表象能力评估中的应用

目的研究脑卒中患者面对不同图案时的反应策略和影响心理旋转试验结果的主要因素。方法 2018年5月至10月,15例脑卒中患者和15例年龄、性别和教育程度匹配的健康受试者接受基于标准软件程序的心理旋转试验,视觉刺激包括手背、手心、汉字和字母4种图案,记录反应时和正确率。采用蒙特利尔认知功能评估量表(MoCA)评定所有受试者,采用Fugl-Meyer评定量表上肢部分(FMA-UE)评定脑卒中患者。结果在手背、手心和字母测试中,脑卒中患者的正确率低于健康对照(F> 7.027, P <0.05)。在所有测试中,脑卒中患者的反应时均显著长于健康对照(F> 14.827, P <0.001);在手背和手心测试中,反应时随旋转角度的主效应非常高度显著(F> 7.747, P <0.001),0°时最短。所有受试者的MoCA评分与反应时呈负相关(r <-0.375, P <0.05),脑卒中患者FMA-UE评分与除字母测试之外的反应时呈负相关(r <-0.581, P <0.05)。结论不同的刺激图案可影响心理旋转试验的处理策略和结果。脑卒中患者的运动表象能力较健康人有所减弱,但基本模式相对保留。

一种新型结合下肢动觉运动想象和视觉运动想象的脑机接口

基于运动想象(Motor Imagery,MI)的脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一类重要的BCI,传统的MI方式是动觉运动想象(Kinesthetic Motor Imagery,KMI),较少采用视觉运动想象(Visual Motor Imagery,VMI).提出一种KMI与VMI混合的BCI并评估其性能.共招募12名被试参加离线与在线实验EEG(Electroencephalogram)数据采集,离线实验先以KMI方式分别进行屈膝和伸膝,然后分别以KMI,VMI和VKMI三种方式行走,由离线分类精度与三种不同方式想象行走的脑激活程度确定在线实验方案.提取EEG幅值包络线特征,并采用朴素贝叶斯分类器、二次线性判别和决策树进行在线分类,验证系统性能.溯源分析表明,使用新的想象方式进行行走想象时,运动皮层的激活时长高于VMI,体感皮层的激活时长高于KMI,混合的想象方式可能更有利于促进这些脑区的可塑性. 12名被试在线测试三分类的平均准确度达到63.29%±0.09%,平均卡帕系数为0.45±0.13.该研究可望为未来研发下肢运动功能障碍康复训练BCI系统提供思路.

不同视觉辅助刺激下运动想象大脑皮层因果连接网络特性分析

基于运动想象(MI)的脑-机接口系统(BCI)被认为是一种很有潜力的运动功能康复方法,但是经典MIBCI使用时存在个体差异性大、识别率较低的问题。采用视觉辅助刺激范式可以增强MI特征,并能有效提高BCI识别的准确率。然而在不同的视觉辅助刺激范式下,MI任务期的大脑皮层因果连接响应特征及其面向运动功能康复的神经生理学意义却鲜有报道。设计4种不同类型的视觉辅助刺激范式,包括不同的动态/非动态视觉刺激及简单/复杂想象任务范式,选取MI任务期大脑运动感觉相关皮层7个感兴趣区域,利用孤立有效相干法(iCoh),对11名被试beta频段4种实验范式构建单尾单样本t检验(P<0.01)平均因果脑网络,并分析网络的平均度分布、聚类系数、全局效率、中介中心度参数。结果表明,相比于简单想象任务非动态视觉刺激范式,复杂想象任务动态视觉刺激范式平均度分布由2.143提高为2.429,聚类系数由0.634提高为0.767,全局效率由0.393提高为0.417。复杂想象任务动态刺激范式下,辅助运动皮层和顶上小叶、顶下小叶存在因果连接关系,辅助运动皮层成为脑网络中的关键节点。

基于CiteSpace的我国运动想象疗法的可视化分析

目的了解运动想象疗法在我国医学上的研究热点和趋势,分析研究发展构架,为国内研究者对运动想象疗法的进一步研究与应用提供参考。方法在国内数据库CNKI、VIP、Wanfang中,以"运动想象疗法"OR"运动想象治疗"OR"运动想象训练"为主题词进行检索;检索时限为建库至2019年5月。使用Note Express和CiteSpace软件对文献进行计量和可视化分析。结果最终纳入416篇相关文献。文献发文量呈上升趋势。稳定合作最多的是陆琼妹团队,河南中医学院第一附属医院康复中心发文量名列前茅,关键词以脑卒中、偏瘫、康复等相互间连线多而紧密,康复护理、生活质量、吞咽障碍逐渐成为运动想象疗法医学领域的重要内容。结论运动想象疗法的独特优势使其在康复医学中更易受到患者和研究者们的青睐,其核心作者和机构尚未形成,在一定程度上阻碍了运动想象疗法的发展,运动想象疗法在临床应用的广度与深度值得进一步探索。

脑纹识别研究综述

个人身份识别在当今互联网信息时代有着重要的意义,而传统的身份识别方式在安全上无法得到充分保证。脑电信号作为一种新型的生物特征,在不可窃取、不可伪造、必须活体检测等方面具有独特的优势,能为身份识别提供更安全的生物识别方法。因此,脑纹识别有着广阔的研究前景和应用价值。回顾近年来基于脑电信号的身份识别技术,详细阐述基于静息电位、视觉诱发电位(VEP)、运动想像、事件相关电位(ERP)在脑纹识别过程中的基本原理与方法,并分析各自的优势和局限性;最后就脑纹识别研究现状进行论述,并对其研究前景进行展望。