2022年04月09日发布 | 422阅读

为意识障碍患者开发混合异步脑机接口系统

胡柯嘉

上海交通大学附属瑞金医院

冯军峰

上海交通大学医学院附属仁济医院







































































































































华南师范大学软件学院的潘家辉等结合P300电位和稳态视觉诱发电位为意识障碍(Disorders of Consciousness,DOC)患者提供新的通信通道,即结合两种或多种不同类型的脑信号,提出一种混合异步脑机接口系统。研究结果发表于2021年1月《Journal of Neural Engineering》在线。


01

研究背景

对于意识障碍(Disorders of Consciousness,DOC),如植物状态(Vegetative State,VS)和最低意识状态(Minimally Conscious State,MCS)患者,与其沟通交流具有挑战性。沟通交流是DOC患者普遍缺乏和迫切需要恢复的基本功能。DOC患者的沟通方法仅限于行为反应。由于DOC患者的运动障碍和注意力有限,他们不可能有足够的行为反应。最近的研究已经证明脑机接口(Brain-Computer Interfaces,BCIs)可以检测DOC患者残剩的认知功能。之前研究为DOC患者开发的BCI均为基于单一模态(如P300或运动想象)的同步BCI。对DOC患者来说,在BCI固定时很难保持其有限的注意力。使用BCI检测DOC患者的沟通能力仍处于起步阶段,替代的混合异步BCI系统,即直接结合多次EEG测量信息的异步检测,可能有希望改善对这类人群检测其大脑活动。


华南师范大学软件学院的潘家辉等结合P300电位和稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential,SSVEP)为DOC患者提供新的通信通道,即结合两种或多种不同类型的脑信号,提出一种混合异步脑机接口系统。研究结果发表于2021年1月《Journal of Neural Engineering》在线。

02

研究方法

研究者要求参与实验的7例DOC患者(其中3例VS和4例MCS)与11例健康对照者关注写有中文“是”和“否”的方框。然后,BCI系统用P300和SSVEP共同检测确定受试者是否将注意力集中在目标方框上。对于健康对照组测试混合系统与单模态BCI系统的性能。


 数据处理流程

03

研究结果

研究结果显示,所有健康对照者在混合系统与单模态系统中均达到显著的准确性(范围从72%-100%)。混合异步BCI系统的性能优于仅检测P300或仅检测SSVEP的系统。此外,采用异步方法动态采集脑电信号,与同步系统相比,平均所需轮数减少21%,在线实验时间减少105s。应用该异步系统检测7例DOC患者的“是”和“否”沟通功能,结果显示其中3例MCS患者在在线实验中表现出显著的准确性(67±3%),而且其修订版昏迷恢复量表(CRS-R)评分也较实验前提高。该结果表明,7例患者中的3例能够使用混合异步BCI系统进行准确性通信。

04

结论

该研究的最后结论是,首次报道应用基于纳米技术的长期近红外成像的多功能纳米颗粒诊断和治疗脑胶质瘤,为脑部肿瘤的治疗提供极具前景的新途径。

组稿

冯军峰 主治医师

上海交通大学医学院

附属仁济医院

编译

胡柯嘉 医师

上海交通大学医学院附属瑞金医院

审校

冯军峰 主治医师

上海交通大学医学院

附属仁济医院

终审

陈衔城 教授

《神外资讯》主编

复旦大学附属华山医院



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