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结合感觉运动节律和运动相关皮质电位特征降低脑机接口效率低下
摘要 目的.脑机接口(BCI)低效性意味着将有10%到50%的用户无法操作基于运动想象的BCI系统。值得注意的是，之前对BCI低效性的研究几乎都是基于感觉运动节律(SMR)特征的测试。在本研究中，我们利用SMR和运动相关皮层电位(MRCP)特征评估了BCI低效性的发生情况。方法.在不同的日子里，对93名受试者记录了2个会话中的静息态和运动相关脑电信号数据集。采用公共空间模式(CSP)和模板匹配两种方法提取SMR和MRCP特征，并采用赢家通吃策略利用线性判别分析的后验概率来评估模式识别，以结合SMR和MRCP特征。主要结果.结果表明，两类特征表现出高度的互补性，与它们的弱相互相关性相符。在二分类问题（右脚 vs. 右手）中 SMR 特征准确率较差（< 70%）的受试者组中，SMR 和 MRCP 特征的组合将平均准确率从 62% 提高到了 79%。重要的是，特征组合获得的准确率超过了效率低下阈值。意义。SMR 和 MRCP 的特征组合在 BCI 解码中并不新鲜，但使用 SMR 和 MRCP 特征对 BCI 效率低下进行大规模可重复的研究是新颖的。MRCP 特征对 SMR 特征准确率较差（< 70%）和良好（> 90%）的两个受试者组提供相似的分类准确率。这些结果表明，SMR 和 MRCP 特征的组合可能是降低 BCI 效率低下的一种实用方法。然而，在本研究之后，“BCI 效率低下”可能更恰当地被称为“SMR 效率低下”。
Sabine Schaefer 的简历
2005 - 2007 年 柏林马克斯普朗克人类发展研究所“运动与认知发展”项目研究助理和研究小组组长 2001 - 2004 年 柏林马克斯普朗克人类发展研究所“感觉运动 - 认知耦合”项目博士后研究员 (项目负责人：Ulman Lindenberger 和 Martin Lövdén) 2001 - 2004 年 柏林马克斯普朗克人类发展研究所博士生“感觉运动 - 认知耦合”项目 (项目负责人：Paul B. Baltes 和 Ralf Krampe) 2000 - 2001 年 柏林马克斯普朗克人类发展研究所“感觉运动和认知功能的相互作用”项目学生助理 (项目负责人：Paul B. Baltes 和 Ralf Krampe) 1998 - 2000 年 马克斯普朗克研究所“记忆和智力发展”(MIND) 项目学生助理 (项目负责人：Ulman Lindenberger)柏林教育研究出版社
与 BCI 性能相关的神经生理因素
脑机接口 (BCI) 是允许用户仅使用大脑活动来控制设备的系统。然而，参与者控制 BCI 的能力因人而异。对于基于通过头颅脑电图 (EEG) 测量的感觉运动节律调制的 BCI，大约 20% 的潜在用户无法获得足够的准确度来获得对系统的可靠控制。BCI 系统无法有效地解码用户意图，这需要识别决定 BCI 性能“良好”和“不良”的神经生理因素。鉴于 BCI 中使用的神经元振荡表现出丰富的空间相互作用，我们假设感觉运动区域的神经元活动将决定 BCI 性能的某些方面。这项研究的分析是基于 80 名缺乏经验的参与者的大型数据集进行的。他们在同一天参加了校准和在线反馈会议。通过相干性的虚部计算了感觉运动区域的无向功能连接。结果表明，校准记录中的刺激后和刺激前连接与 µ 和反馈频带的在线反馈性能显着相关。重要的是，连接和 BCI 反馈准确性之间的相关性显著性并不是由于相应的刺激后和刺激前间隔内振荡的信噪比。因此，这项研究表明，BCI 性能不仅取决于之前所示的感觉运动振荡的幅度，而且还与之前训练课程中测量的感觉运动连接有关。运动系统和躯体感觉系统之间存在这种连接，很可能有助于运动想象，而运动想象又与产生更明显的感觉躯体运动振荡（表现为 ERD/ERS）调制有关，而这种调制是 BCI 性能充分发挥所必需的。我们还讨论了上调此类连接的策略，以提高 BCI 性能。
便携式无线无光纤 fNIRS 头带与固定头罩式系统相比具有优势
本研究的目的是表征原型功能性近红外光谱 (fNIRS) 头带的性能，该头带旨在快速轻松地测量感觉运动皮层。事实上，fNIRS 非常适合人体工程学设计（即它们可以无线连接、对运动伪影具有相对的鲁棒性等特点），这导致了许多新型人体工程学 fNIRS 系统的最新实例；然而，fNIRS 测量的光学性质对测量头部毛发部分下方的大脑区域提出了固有的挑战。正是由于这个原因，迄今为止开发的大多数人体工程学 fNIRS 系统都以前额叶皮层为目标。在本研究中，我们比较了新型便携式 fNIRS 头带与固定式全头罩 fNIRS 系统的性能，以测量 50 岁以上健康个体在简单的上肢和下肢任务中的感觉运动活动。两种 fNIRS 系统均在上肢和下肢任务中表现出预期的血流动力学活动模式，并且两种系统之间的对比度与噪声比的比较表明，原型 fNIRS 头带在检测这些任务期间感觉运动皮层生理反应的能力方面并不逊色于全头罩 fNIRS 系统。这些结果表明，使用无线和无光纤 fNIRS 设计在感觉运动皮层进行测量是可行的。
一种室内和受试者内部转移校准方案，用于改善基于感觉运动节奏的反馈性能BCI康复
脑部计算机界面（BCI）是以可靠的方式作为人机相互作用的外在途径（Birbaumer，2006）。残疾人通过神经活动来控制外部设备是有效的（Buch等，2008）。中风患者特别是运动障碍患者，能够执行BCI临床康复任务（Meng等，2016）。在这种处理中，感觉运动节律变化用作主动干预的神经系统调节（Mane等，2019）。在康复期间，要求患者尝试或想象进行运动。然后，电动机尝试（MA）或运动图像（MI）-BCI系统将通过训练有素的分类器基于先前的数据集（Pillette等，2020年），输出同步的感觉生物反馈（例如机器人臂恢复）。在干预中，功能运动是由神经生理活性显着启发的（Xu等，2014）。这是大脑可塑性和功能恢复的持续过程（Remsik等，2019）。最近的研究报道了使用长期感觉运动节律（SMR）-BCI干预措施改善中风患者的肢体运动（Ramos-Murguialday等，2013; Pichiorri等，2015; Bundy等，2017）。尽管如此，BCI康复受到较差的效率识别算法和模型个性变异性的限制（Grosse-Wentrup等，2011）。相关的工作证明，BCI解码精度对于康复结果不足（Mane等，2020）。此外，BCI反馈的失败也减少了受训者的信心（Foong等，2019）。因此，应对模式识别和模型校准进行各种改进，以提高临床应用中的SMR-BCI性能。
策略报告对神经反馈训练的结果有多大影响？一项关于感觉运动节律自愿上调的研究
神经反馈 (NF) 训练的核心学习机制是联想性的、隐性的，因此在很大程度上不受意识的影响。然而，决定训练结果的许多其他训练方面都可以被意识处理。感觉运动节律 (SMR) 上调训练的结果与参与者报告的策略有关。迄今为止采用的个体策略的分类方法可能受到评估者特殊解释的影响。为了衡量并可能克服这一限制，我们聘请了独立的评估者来分析 SMR 上调训练期间报告的策略。62 名健康的年轻参与者参加了一次 SMR 上调训练。在完成六个训练模块后，参与者需要报告所采用的策略，在训练中，他们要么收到简单的视觉反馈，要么收到游戏化版本的反馈。他们的个人学习成果也被计算出来。结果表明，个人策略以及 NF 学习成果对 SMR 上调训练中的游戏化元素的存在并不特别敏感。独立评估者对策略报告进行分类时观察到高度一致性。一些策略更典型地适用于响应者，而其他策略更常见于无响应者。总之，我们展示了一种更客观、更透明的方式来分析个人心理策略，以更好地揭示 NF 响应者与无响应者之间的差异。
感觉运动网络中的脑电图β带振荡反映了肌萎缩性侧向硬化症中运动症状的严重程度
B.神经促疾病中网络功能障碍的神经生理标记。神经图像临床。2019; 22：101706。 doi：10.1016/j.nicl.2019.101706 4。Dukic S，McMackin R，Buxo T等。肌萎缩性侧硬化症中有图案的功能性净工作破坏。嗡嗡的脑玛普。2019; 40：4827-4842。 doi：10.1002/hbm.24740 5。Nasseroleslami B，Dukic S，Broderick M等。 （2019）脑电连通性的特征增加与肌萎缩性侧向硬化症中结构MRI的变化相关。 Cereb Cortex N Y n。 1991; 29：27-41。 doi：10.1093/cercor/bhx301 6。 McMackin R，Muthuraman M，Groppa S等。 测量网络Nasseroleslami B，Dukic S，Broderick M等。（2019）脑电连通性的特征增加与肌萎缩性侧向硬化症中结构MRI的变化相关。Cereb Cortex N Y n。 1991; 29：27-41。 doi：10.1093/cercor/bhx301 6。 McMackin R，Muthuraman M，Groppa S等。 测量网络Cereb Cortex N Y n。1991; 29：27-41。 doi：10.1093/cercor/bhx301 6。 McMackin R，Muthuraman M，Groppa S等。 测量网络1991; 29：27-41。 doi：10.1093/cercor/bhx301 6。McMackin R，Muthuraman M，Groppa S等。 测量网络McMackin R，Muthuraman M，Groppa S等。测量网络
