非侵入式脑机接口控制辅助设备

简要摘要

影响中枢神经系统的损伤可能会干扰肌肉的皮层通路，导致运动控制丧失。尽管如此，在运动意图或运动想象（MI）期间，大脑仍然表现出感觉运动节律（SMRs），这是在没有实际执行运动的情况下对运动触觉的心理排练。脑-机接口（BCIs）可以解码SMRs来控制辅助设备并促进功能恢复。尽管基于脑电图（EEG）的非侵入性BCI系统取得了快速发展，但仍然存在两个持续的挑战：首先，由于神经信号的非平稳性，SMR模式的不稳定性可能会在几天内显著降低BCI性能，并妨碍基于BCI的康复效果。其次，由于脑电图的低空间分辨率，区分对应于同一肢体精细手部运动的MI模式仍然困难。为了解决第一个挑战，受试者通常通过纵向训练学会诱发可靠的SMR并提高BCI控制，因此一个基本问题是如何基于SMR神经生理学加速受试者训练。在本研究中，研究人员假设通过经皮电刺激脊髓，据报道这可以引起皮层抑制，将促进随后的基于MI的BCI训练课程中的神经动态约束和局部强烈的SMR调制，从而加速BCI训练。为了解决第二个挑战，研究人员假设通过MI自愿激活初级运动皮层时施加的神经肌肉电刺激（NMES）可以帮助通过在闭环BCI设置中一致地招募与每个运动相关的单独神经通路来区分与同一肢体不同手部运动相关的活动模式。研究人员研究了与两种刺激模式相关的神经可塑性变化。