一种基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法技术

本发明专利技术提供了一种基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法。包括基于脑机接口的电刺激阶段和基于图像辨别的记忆巩固阶段。所述基于脑机接口的电刺激阶段是采用经颅直流电刺激配合脑机接口来轮次向头皮固定点位施加电刺激。所述基于图像辨别的记忆巩固阶段是通过学习、回忆和判断图像信息来检验记忆增强效果。本发明专利技术有益效果：本发明专利技术在技术方面可实现性强，通过新式记忆力实验改善了现有记忆力实验记忆量大、易受主观状态影响的问题，结合脑机接口技术，改善现有研究无法从结构层面深层探索记忆增强的特征，记忆实验在一定程度上起到记忆巩固的作用，并且可为记忆能力是否增强提供数据支持。提供数据支持。提供数据支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法


[0001]本专利技术属于生物医学工程脑机接口
，具体涉及到经颅直流电刺激技术。是一种基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法。

技术介绍

[0002]记忆是大脑对于所经历过的事的识记、保持和再现，它是进行思维、想象等高级心理活动的基础。其容量的有限性也在一定程度上反映了人类对认知系统加工和处理的瓶颈。对于记忆的研究一直是科学领域的重点方向，卡普兰等科学家发现认知活动的相关信息在脑区之间进行传导时，各频段脑电信号的神经元同步性会在任务相关的皮层区域被减弱，而在任务无关的皮层区域被增强。这证明了脑电信号的同步性与大脑记忆能力相关。
[0003]经颅直流电刺激(transcranial Direct Current Stimulation,tDCS)是一种新兴的神经调节技术。是利用恒定的，低强度直流电刺激头皮特定点位，实现调节大脑皮层神经元活动的技术。该技术是一种非侵入式的治疗或康复技术，具有较高的安全性。
[0004]近年来研究表明，经颅直流电刺激是改善短时记忆的重要干预方式。人体中的同步电生理节律是塑造脑网络之间信号交流的核心机制，而脑网络与神经精神障碍中的认知能力具有较强的关联性。通过外部直流电刺激技术，短期激活大脑短时记忆相关皮质层，进而实现人的短期记忆的增强。
[0005]脑机接口技术是采集和处理脑电信号的关键技术，目前脑机接口领域的研究以“从脑到机”的单向脑机接口为主。双向脑机接口技术，是在单向脑机接口的基础上，增加与外界环境交互的设备，将其所产生的信息传递至大脑，从而实现“从脑到机”和“从机到脑”的交互通道。近年来，神经调控技术的发展为“从机到脑”提供了可能。调节神经活动将是双向脑机接口的重要组成部分。双向脑机接口技术的发展，为脑卒中、癫痫等脑部疾病的治疗提供了一种新的方案，对于研究人脑神经网络具有创新性作用。
[0006]本专利技术在使用一种新型记忆力巩固实验的基础上，提出了一种基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法。利用双向脑机接口技术，实现电刺激
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脑电采集器模式的脑机交互，有利于研究记忆提升效果与脑电信号的同步性，改善现有记忆增强研究不确定性高的缺点。

技术实现思路

[0007]为完善记忆力实验记忆量大、受主观状态影响大和无法从脑电信号层面分析记忆力增强表现的问题。本项专利技术旨在提供一种基于脑机接口新型记忆增强检测方法。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是基于图像位置变化分类的记忆力测试实验，和电刺激
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脑电采集器模式的双向脑机接口。
[0009]选择经颅直流电刺激模式，采用恒定强度的直流电流刺激脑部额叶区和顶叶区特定点位，控制刺激时间为1100秒，通过电刺激后的记忆力实验数据反馈，调整电刺激的阳极和阴极放置区域。
[0010]基于图像识别的记忆力实验，需要判断两张间隔连续的图片中物体所在位置是否为一类，图片被分为4类区域，当间隔出现的两张图片中物体处于同一类区域时，用户需按键进行分类。通过这种基于图像识别的记忆力实验，减少了数组记忆效率测试法、无逻辑联系的单词效率测验法、短时回想检验法等传统记忆力实验用户记忆量大、易受主观状态影响的问题，并可以通过最终正确率直观科学地量化记忆增强的效果，为电刺激阶段提供数据反馈，为精确寻找有效增强记忆的刺激脑区点位提供了数据支持。
[0011]实验进行过程中，进行脑电信号采集，在实验过程中采集整个过程的脑电信号，在实验开始后的第3秒进行标记。在实验结束后结合记忆力测试实验的结果，分析实验开始后3秒内的脑电信号变化情况。
附图说明
[0012]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0013]图1为本专利技术实施例所述的基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法基本系统图；
[0014]图2为本专利技术实施例所述基于图像辨别的记忆巩固阶段的记忆力实验范式图；
[0015]图3为本专利技术实施例所述基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法的流程图。
具体实施方式
[0016]实验基于脑机接口系统，主要包括经颅直流电刺激仪、32导电极帽、脑电采集仪、信号放大器、计算机以及用户。本实验在安静、隔音效果良好的实验室中进行。用户坐在舒适的椅子上，距离电脑屏幕60cm。用户精神状态良好，实验阻抗要求在5KΩ以下。
[0017]本专利技术主要分为两个阶段：基于脑机接口的电刺激阶段和基于图像辨别的记忆巩固阶段。
[0018]基于脑机接口的电刺激阶段：选用64导脑电导联图中的F3、F5和F1脑电通道作为阳极贴片放置位置，分别施加50微安电流，并选定Fz脑电通道为阴极贴片放置位置，对用户进行电刺激实验，时长1100秒，实验结束后，休息1分钟，进行下一次记忆力实验，同时采集脑电信号。实验结束后，统计用户正确率。后根据用户情况休息6至10分钟。
[0019]在用户进行记忆力实验的同时，利用脑机接口技术收集用户的脑电信号，采集实验开始后整个过程的脑电信号，标记前3秒的脑电信号数据。
[0020]基于图像辨别的记忆巩固阶段：在实验的开始，用户进行记忆力实验，并采集脑电。实验结束后，统计用户的正确率。记忆力实验的内容包括：用户首先会看到操作提示图，操作提示会显示3秒种时间，用户需在这一段时间做好准备。在正式实验中，用户需要在3秒内判断两张间隔出现的图片中小球位置是否为一类。每次判断过程中小球会随机出现在一个4x4的十六宫格的任意位置，当小球出现在十六宫格4个角上的同一个2x2的四宫格中时为一类。当用户判断小球位置为一类时需要按键盘上“Y”键确认，反之按“F”。每次记忆力实验包括15次训练图组，每组包括16张训练图片，每张训练图片出现前都会出现一张提示图片，显示一个白色十字架，提醒用户即将出现的训练图片，时间为1秒。每张训练图片展示时
间为3秒。
[0021]在每次训练图组结束后，会显示训练结果，包括实验中共出现的同类次数，用户分类正确次数，和用户分类错误的次数，显示时间为两秒。用户可以在这2秒中进行休息，之后开始下一组测试。
[0022]用户经过电刺激阶段后，进行下一次记忆力实验，同时采集脑电信号，标记前3秒的脑电信号数据。
[0023]实验结束后，统计用户实验中按“Y”键正确率和按“F”键正确率，并计算加权正确率，对比两次实验用户的加权正确率，根据两次实验加权正确率的提升情况，判断电刺激效果是否明显，效果不明显时，适当调整刺激点位，重新开始实验流程。
[0024]结合两次实验采集到的脑电信号，计算两次采集到的脑电信号14个通道theta频段平均能量密度值，从脑电层面评估记忆增强效果。当二次采集到的脑电信号能量密度值增幅超过300μV2/Hz时，结合记忆力实验结果和用户自身感觉，评估记忆增强效果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法，其特征在于利用以神经调空技术为组成的双向脑机接口技术实现“从脑到机”和“从机到脑”的双向通道，在电刺激增强记忆的基础上，获取人脑脑电信号，从信号层面探究记忆增强效果；增加记忆巩固阶段，从行为学角度将记忆增强效果数据化，更直观展现出记忆增强的程度，为刺激点位的修正提供数据依据。2.根据权利要求1所述基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法，分为基于脑机接口的电刺激阶段和基于图像辨别的记忆巩固阶段两个阶段组成，其特征在于：所述基于脑机接口的电刺激阶段通过双向脑机接口技术实现双通回路，刺激记忆相关脑区点位，增强记忆力，从脑电信号层面观察记忆增强的效果；所述基于图像辨别的记忆巩固阶段巩固并检测记忆力提升水平；包括以下步骤：步骤S1：选择经颅直流电刺激模式进行电刺激；步骤S2：记忆力实验测试用户判断正确率，巩固用户记忆能力；步骤S3：记忆力实验同时采集脑电信号。3.根据权利要求1所述的基于脑机接口的经颅直流电刺激记忆增强方法，其特征在于：在基于脑机接口的电刺激阶段，经颅直流电刺激结束后，在记忆力实验阶段利用脑机接口采集脑电信号，形成双向脑机通道，利用采集脑电信号和记忆力实验数据对用户进行反馈。4.根据权利要求1所述的基于脑机接口的经颅直流电刺激记...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦凡，王俊易，魏冉，漆恩鸣，赵琪，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：