本发明专利技术提供了一种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。在该神经反馈训练方法中，受训者通过完成训练任务达到训练目的；在训练任务完成过程中，通过光学脑成像设备采集受训者的神经活动数据；从该神经活动数据中提取出大脑特定功能系统的神经活动强度指标，并将之作为反馈信息呈现给受训者；受训者根据获得的反馈信息调节训练策略，以使其特定功能系统的神经活动得到训练，从而向目标发展。该神经反馈训练方法，通过光学脑成像设备采集受训者的神经活动数据。与脑电图和磁共振成像相比，光学脑成像具有很强的靶向性，而且光学脑成像设备成本较低，适合于长期进行神经反馈训练。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于光学脑成像的神经反馈训练系统，同时涉及一种基于光学脑成像的神经反馈训练方法。
技术介绍
神经反馈是通过在线采集个体的大脑神经活动并反馈给其自身，使其能够自主地对大脑活动进行调节，达到改变其认知及行为的目的。通过对特定大脑功能进行干预，从而实现对脑疾病患者的治疗和康复，或是使健康人的认知能力(如学习、记忆等)得到提高。研究者利用脑电图(EEG)或功能磁共振成像(fMR I)，观测希望调节的目标脑区的神经活动指标，并将其通过视听觉等通道反馈给受训者，从而指导受训者尝试对该神经活动指标加以自主调节。通过一定时间的反复训练，受训者可以掌握这种自主调节能力。由于被调节的脑区的神经活动与特定认知功能存在关联，因此这种长期的训练可以促进相应认知能力的改善，或是对某些神经与精神疾病起到治疗作用。例如有文献报道通过神经反馈调节视觉皮层的神经活动模式可以显著提高视知觉学习敏感度；而慢性痛患者则可以通过神经反馈调节前扣带皮层的神经活动来减轻疼痛(具体参见Kazuhisa Shibata etal. , Perceptual Learning Incepted by Decoded fMRI Neurofeedback Without Stimulus Presentation, SCIENCE, VOL. 334 (2011)和 deCharms etal. , Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRIj PNASj VOL. 102，NO. 51，(2005))。用于神经反馈训练的设备主要集中于基于脑电图或基于功能磁共振成像的神经反馈训练系统。例如公开号为CN101912255A的中国专利技术专利申请中公开的基于实时功能磁共振信号的神经反馈系统，通过功能磁共振信号在线检测大脑的激活状态，并实时反馈给受训练者，通过反复训练调控大脑的认知活动水平，提高或恢复受训者相应的认知功能。 又如公开号为CN102319067A的中国专利技术专利申请中公开的用于大脑记忆功能改善的基于脑电信号的神经反馈训练仪，可利用大脑活动过程采集下来的头皮脑电信号，对记忆力的即时状态进行定量检测，并将表征记忆力水平的脑电节律波呈现给用户，指导用户有意识地调节脑电节律波，达到改善记忆力水平的目的。然而，现有的神经反馈系统仍存在很多问题尚待解决。对于基于脑电图的神经反馈系统，由于脑电图的空间分辨率极低使得难以确切定位训练脑区，而且脑电图节律成分与认知功能的关系也尚不明确，因此训练的靶向性差，其应用受到很大局限。而基于磁共振成像的神经反馈系统虽然一定程度上克服了脑电图系统的不足，但由于磁共振成像设备成本和使用成本及其昂贵，设备体积巨大不能随意移动，只能用于实验室研究，根本不可能用于临床长期治疗训练使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技 术问题在于提供一种基于光学脑成像的神经反馈训练方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种基于光学脑成像的神经反馈训练系统。为了达到上述的专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案一种基于光学脑成像的神经反馈训练方法，通过受训者完成训练任务达到训练目的，包括如下步骤(I)在所述训练任务完成过程中，通过光学脑成像设备采集所述受训者的神经活动数据；从所述神经活动数据中提取出大脑特定功能系统的神经活动强度指标；并将所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标作为反馈信息呈现给所述受训者；进入步骤(2)；(2)所述受训者根据步骤(I)中获得的所述反馈信息做出进一步训练；进入步骤 (3)；(3)重复步骤(I)中的过程；直至所述训练任务结束。较优地，在所述步骤(I)中，通过分析所述神经活动数据提取出当前时刻的氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度、任务记号和时间戳信息，并结合所述训练任务的开始时间和结束时间，计算出所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标。较优地，所述训练任务采用组块任务设计范式，包括交替进行的休息阶段和任务阶段，在所述步骤(I)中，所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标是指所述任务阶段相对于所述休息阶段的相对血氧浓度值。一种用于实现上述神经反馈训练方法的神经反馈训练系统，包括光学脑成像设备、中央处理单元和显示设备，所述光学脑成像设备用于采集受训者的神经活动数据，并将采集到的所述神经活动数据传输给所述中央处理单元，所述中央处理单元用于结合训练任务分析所述神经活动数据，获得大脑特定功能系统的神经活动强度指标，并将之传输至所述显示设备，所述显示设备用于向所述受训者呈现反馈信息。较优地，所述中央处理单元包括任务模块、采集模块、解码模块和反馈模块；其中， 所述任务模块用于基于所述训练任务生成任务流程，并控制其他模块的执行情况；所述采集模块用于实时从所述光学脑成像设备中获取所述神经活动数据，并将所述神经活动数据传输至所述解码模块；所述解码模块用于对所述神经活动数据进行预处理，并提取出所述大脑特定功能系统的神经活动强度 指标；所述反馈模块用于把所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标反馈至所述显示设备。较优地，所述采集模块用于实时从所述光学脑成像设备中提取出当前时刻的氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度、任务记号和时间戳信息，并将所述氧合血红蛋白浓度、 所述脱氧血红蛋白浓度、所述任务记号和所述时间戳信息传输至所述解码模块。较优地，所述训练任务包括交替进行的休息阶段和任务阶段，所述任务模块用于通知所述反馈模块交替进入休息阶段或者任务阶段；并且所述任务模块用于将所述休息阶段和所述任务阶段的时间开始点和结束时间点通知所述解码模块。较优地，所述解码模块用于对所述神经活动数据进行预处理；并从预处理得到的结果中提取出大脑特定功能系统的对应区域的平均信号强度，再根据来自所述任务模块的任务开始时间信息和任务结束时间信息，计算出所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标，所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标是指所述任务阶段相对于所述休息阶段的相对血氧浓度值。较优地，所述反馈模块用于把所述解码模块中得到的所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标以画面的形式反馈至所述显示设备。较优地，所述光学脑成像设备是功能近红外光谱仪。本专利技术所提供的神经反馈训练系统和神经反馈训练方法，在训练过程中通过光学脑成像设备采集受训者的神经活动数据，并将受训者大脑特定功能系统的神经活动强度指标反馈给受训者，从而使受训者能够根据获得的反馈信息调节训练策略，以使其特定功能系统的神经活动得到训练，向目标发展。其中，光学脑成像设备，利用脑组织血红蛋白对不同波长的近红外光吸收率的差异特性，可以无损地检测大脑皮层的血液动力学活动，进而研究大脑神经活动。与脑电图相比，光学脑成像具有一定的空间分辨率(I 3cm)，能对观测到的脑信号进行较为精确的定位，提高了训练的靶向性。与磁共振成像相比，光学脑成像价格便宜，设备轻便可移动，可以在医院、家庭、学校等环境使用；扫描环境安全舒适，能够进行反复多次测量，适合需要长期多次扫描的反馈训练。附图说明图1为本专利技术所提供的基于光学脑成像的神经反馈训练系统构成示意图2为本专利技术实施例中，神经反馈训练游戏的运行界面示例；图3为本专利技术实施例中，实验任本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光学脑成像的神经反馈训练方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在训练任务完成过程中，通过光学脑成像设备采集受训者的神经活动数据；从所述神经活动数据中提取出大脑特定功能系统的神经活动强度指标，并将所述大脑特定功能系统的神经活动强度指标作为反馈信息呈现给所述受训者；进入步骤（2）；（2）所述受训者根据步骤（1）中获得的所述反馈信息做出进一步训练；进入步骤（3）；（3）重复步骤（1）中的过程；直至所述训练任务结束。
【技术特征摘要】
1.一种基于光学脑成像的神经反馈训练方法，其特征在于包括如下步骤 (1)在训练任务完成过程中，通过光学脑成像设备采集受训者的神经活动数据；从所述神经活动数据中提取出大脑特定功能系统的神经活动強度指标，并将所述大脑特定功能系统的神经活动強度指标作为反馈信息呈现给所述受训者；进入步骤(2)； (2)所述受训者根据步骤(1)中获得的所述反馈信息做出进ー步训练；进入步骤(3)； (3)重复步骤(1)中的过程；直至所述训练任务结束。2.如权利要求1所述的神经反馈训练方法，其特征在于 在所述步骤(1)中，通过分析所述神经活动数据提取出当前时刻的氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度、任务记号和时间戳信息，并结合所述训练任务的开始时间和结束时间，计算出所述大脑特定功能系统的神经活动強度指标。3.如权利要求1所述的神经反馈训练方法，其特征在于 所述训练任务采用组块任务设计范式，包括交替进行的休息阶段和任务阶段，在所述步骤(I)中，所述大脑特定功能系统的神经活动強度指标是指所述任务阶段相对于所述休息阶段的相对血氧浓度值。4.一种用于实现权利要求1所述的神经反馈训练方法的神经反馈训练系统，其特征在于 包括光学脑成像设备、中央处理单元和显示设备，其中，所述光学脑成像设备用于采集受训者的神经活动数据，并将采集到的所述神经活动数据传输给所述中央处理单元，所述中央处理单元用于结合训练任务分析所述神经活动数据，获得大脑特定功能系统的神经活动强度指标，并将之传输至所述显示设备，所述显示设备用于向所述受训者呈现反馈信息。5.如权利要求4所述的神经反馈训练系统，其特征在于 所述中央处理单元包括任务模块、采集模块、解码模块和反馈模块；其中，所述任务模块用于基于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱朝喆，刘伟杰，段炼，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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