[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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 MRI,PNAS,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的中国发明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的中国发明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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

为了达到上述的发明目的，本发明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：

（1）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（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。

较优地，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（1）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。