关键词:脑机接口、机械臂、脑电图(EEG)、机器学习 I. 引言 近年来,脑机接口(BCI)技术受到了广泛关注,因为它为我们提供了一种操作事物和与外界联系的新方式。BCI 技术使运动障碍人士无需做出任何身体动作即可操作机械臂或假肢,也使健全人能够用大脑控制机器人设备。这项技术将非常有益,并有可能极大地帮助那些运动障碍人士,例如失去肢体或瘫痪的人。我们将在本出版物中讨论一项关于操作机械臂的非侵入式 BCI 系统的研究。该设备利用从头皮获取的脑电图(EEG)数据来对用户的意图、脑信号进行分类,并控制机械臂的运动。非侵入式 BCI 设备将使运动受限人士和失去肢体或手臂的人的生活更加轻松。该方法提高了其实用性和实际应用的适用性。
伦敦大学学院、雷塔·莉拉·韦斯顿研究所,伦敦,英国; b 帕金森病和运动障碍科、神经内科、巴塞罗那医院诊所、奥古斯特·皮和桑耶尔生物医学研究所(IDIBAPS)、巴塞罗那大学、神经退行性炎症生物医学研究中心(CIBERNED:CB06/05/0018-ISCIII)巴塞罗那,巴塞罗那,西班牙; c 意大利罗马圣拉斐尔大学和 IRCCS San Raffaele Pisana 神经病学系; d 葡萄牙里斯本大学医学院临床药理学和治疗学实验室;以及 CNS – 神经学园区,葡萄牙托雷斯韦德拉什; f 神经科学和临床药理学系、临床研究中心 CIC1436 和 NS-Park/FCRIN 网络;法国图卢兹 INSERM 和图卢兹第三大学图卢兹大学医院; g 帕多瓦大学神经科学系神经退行性疾病研究中心(CESNE)运动障碍科; h 奥地利因斯布鲁克医科大学神经病学系
1个生物伦理学计划,加利福尼亚大学,旧金山,旧金山,加利福尼亚州,美国2号,美国2号医学伦理与健康政策中心,美国德克萨斯州休斯敦贝勒医学院,美国,美国德克萨斯州休斯敦市贝勒学院3,美国德克萨斯州休斯敦贝勒学院,美国4号,4个,美国神经科学系,医学院。神经外科,加利福尼亚大学,旧金山大学,旧金山,加利福尼亚州,美国,6 FIXEL神经疾病研究所,运动障碍计划,运动障碍计划和神经园艺计划,佛罗里达州盖恩斯维尔大学神经科学系,佛罗里达州盖恩斯维尔大学,佛罗里达州盖恩斯维尔大学,美国7 7,弗洛拉斯维尔大学,佛罗里达州弗洛里达大学,弗洛尔斯维尔,弗洛尔斯维尔,弗洛尔斯维尔大学,弗洛拉斯维尔大学,哥伦比亚郡。美国德克萨斯州休斯顿
摘要 - 近年来,神经科学家与脑部计算机界面(BCI)设备的开发有关。运动障碍患者可能会受益于BCIS作为通信手段和恢复运动功能的手段。脑电图(EEG)是评估神经元活性的最常用之一。在许多计算机视觉应用中,深度神经网络(DNN)显示出显着的优势。倾向于最终使用DNN,我们在这里提出了一个浅神经网络,该网络主要使用两个卷积神经网络(CNN)层,其参数相对较少,并且快速学习了脑电图的光谱时暂时特征。我们将该模型与其他三个神经网络模型进行了比较,该模型具有不同的深度,该模型使用了针对患有运动障碍的患者和视觉功能下降的患者的眼神闭合状态应用于精神算术任务。实验结果表明,浅CNN模型的表现优于所有其他模型,并达到了90的最高分类精度。68%。处理跨主题分类问题也更加健壮:仅3%的准确性偏差而不是15。传统方法的6%。
神经系统疾病包括大脑和神经系统疾病,是导致残疾的主要原因(Murray 等人,2013),占伤残调整生命年的 3%(Murray 等人,2012;Caliandro 等人,2020)。脑血管损伤(51%)、神经肌肉疾病(7%)、认知障碍(25%)和中枢神经系统感染(0.6%)是患有神经系统疾病的老年患者的常见症状(Bacellar 等人,2017),这将导致运动障碍(Defebvre 和 Krystkowiak,2016;Harmon 等人,2019;Reich 和 Savitt,2019)。运动障碍会严重影响老年人的日常活动,尤其是行走和平衡障碍(Osoba 等人,2019)。昂贵的医疗费用和纵向干预的额外神经病学资源需求给家庭和社会带来了负担。帕金森病 (PD)、多发性硬化症 (MS) 和中风是与运动障碍相关的常见年龄相关性神经系统疾病 (Bonilauri 等人,2020 年)。中风、PD 和 MS 患者的步速、步长、步宽、步频、步态变异性、站立时间等异常运动表现已被研究 (Hausdorff 等人,2007 年;Nutt 等人,2011 年;Socie and Sosnoff,2013 年;Chisholm 等人,2014 年;Maidan 等人,2015 年;Belluscio 等人,2019 年)。然而,调查还不够。运动障碍是指对普通肌肉运动控制的受损,这不仅与肌肉骨骼或神经系统的退化或损伤有关,还与它们之间的复杂联系有关。运动表现是肌肉骨骼系统的外在表现之一,大脑皮层活动是中枢神经系统的外在表现之一。如果能分析患者运动过程中运动表现和皮层活动的变化和关系,将有助于探究运动障碍的机制和神经系统疾病患者的有效康复方法。然而,在实际的人体运动过程中测试大脑皮层活动并不容易。功能性近红外光谱 (fNIRS)、便携式脑电图等技术的最新进展使得人们可以在自然环境中自由地实时研究人体运动过程中的大脑功能。 fNIRS 是一种基于神经血管耦合和光谱理论的非侵入性、可重复、可靠的功能性神经成像技术(Villringer and Chance,1997;Leff et al.,2011)。大脑神经活动的增加导致氧代谢增加(Liao et al.,2013;Scholkmann et al.,2014;Pinti et al.,2020),导致氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的降低和升高(Lindauer et al.,2010;Liao et al.,2013;Scholkmann et al.,2014)。fNIRS的结果比便携式脑电图具有更高的空间分辨率,与功能磁共振成像BOLD测量值相关性最高(Strangman等,2002)。此外,fNIRS已用于检测健康或不健康人群在步行、转身或平衡干预过程中单任务或双任务下的前额皮质(PFC)、初级皮质(M1)、运动前皮质(PMC)、辅助运动区(SMA)和感觉运动皮质(SMC)的皮质活动(Mihara等,2007;Al-Yahya等,2018;Stuart等,2018;Pelicioni等,2022),而与fNIRS相比,基于神经元神经电信号的便携式脑电图很少用于双任务步态活动。PFC参与规划、
摘要:创新的神经假体技术 Brain Gate 旨在让瘫痪或其他运动障碍患者能够用自己的思想操作设备。该技术通过利用一个微型植入式传感器记录大脑中的神经活动并将其转换为电信号,可用于控制外部设备,如计算机、机械臂甚至通讯设备。瘫痪和其他运动障碍患者希望这项技术能够帮助他们重新掌控自己的生活,该技术已在动物模型上成功测试,并在人体临床试验中显示出良好的效果。借助 Brain Gate 技术,辅助技术领域可能会发生一场革命,让有障碍的人能够以以前无法想象的方式与外界互动。麻省总医院和布朗大学的一组科学家发明了 Brain Gate 技术。该系统由一个微型传感器组成,该传感器被插入大脑中调节运动的部分,即运动皮层。该传感器能够识别大脑运动神经元产生的电脉冲,并将这些信号转换为可用于操作外部设备的指令。
Amprion,美国加利福尼亚州圣地亚哥(和MSC,C M闪光MSC,医疗中心德国哥廷根Paracels- Elena-Klinik,Kassel,停车与运动障碍,神经病学博士学位,F Valley MD博士,M J Martin PhD和Account MD博士学位); Idibaps,Ciberned,Ern-Rnd,神经局临床研究所。 M J Martin和Count);部门和生理学,美国纽约州神经学系(教授MSC系,K Blennow教授医学博士,H Zeterberg教授医学博士神经病学系Amprion,美国加利福尼亚州圣地亚哥(和MSC,C M闪光MSC,医疗中心德国哥廷根Paracels- Elena-Klinik,Kassel,停车与运动障碍,神经病学博士学位,F Valley MD博士,M J Martin PhD和Account MD博士学位); Idibaps,Ciberned,Ern-Rnd,神经局临床研究所。 M J Martin和Count);部门和生理学,美国纽约州神经学系(教授MSC系,K Blennow教授医学博士,H Zeterberg教授医学博士神经病学系
抽象引入大约85%的中风幸存者具有上肢功能障碍,超过60%的人具有持续的手部功能障碍,治疗后不能独立生活。许多最近的出版物探索了脑部计算机界面技术作为康复工具,可帮助亚急性和慢性中风患者恢复上肢运动。我们的研究旨在综合随机对照试验的结果,以评估脑部计算机界面技术在治疗中风后运动障碍(PSMD)中的有效性和安全性。方法和分析将在八个数据库中进行英语和中国搜索策略:中国国家知识基础设施,中国科学杂志数据库,Wanfang数据库,中国博士学位论文全文数据库,中国大师的论文。此外,手动检索研究论文,会议论文,正在进行的实验和内部报告等将补充电子检索。搜索将选择2020年6月8日或之前发布的所有合格研究。为了提高研究的有效性,仅包括与脑部计算机界面技术有关的中风后运动障碍的随机对照试验。FUGL-MEYER运动功能评分将是主要结果度量;修改后的Barthel指数,改良的Ashworth评分和上肢徒手的肌肉力量评估将是次要结果。副作用和不利事件将作为安全评估。Prospero注册号CRD42020190868。确保将由两位作者独立执行系统评估,研究选择,数据提取和质量评估的质量,第三作者将处理任何分歧。评论经理V.5.3.3和Stata V.15.1将用于执行数据综合和子组分析。伦理和传播这项系统评价将评估脑部计算机界面技术的功效和安全性,并结合常规的康复治疗,用于治疗中风后运动障碍。由于所有包含的数据将从已发表的文章中获得,因此该审查不需要道德批准。该评论将在同行评审期刊上发表。