非侵入式BCI控制輔助設備

簡要摘要

影響中樞神經系的傷害可能會干擾肌肉的神經通路，導致運動控制失調。不過，在大腦進行動作意圖或運動想像（MI）時，仍然會出現感覺運動節奏（SMRs），這是對運動的動作學進行心理排練，而實際上並未進行該運動。腦機介面（BCIs）可以解碼SMRs來控制輔助設備並促進功能恢復。儘管基於電腦皮層電位（EEG）的非侵入性BCI系統發展迅速，但仍有兩個持續的挑戰：首先，由於神經信號的非穩定性，SMR模式的不穩定性可能會在幾天內顯著降低BCI性能，並妨礙基於BCI的復健效果。其次，由於EEG的空間解析度低，難以區分對應於同一肢體精細手部動作的MI模式。為了解決第一個挑戰，受試者通常會通過長期訓練學習引發可靠的SMR並改善BCI控制，因此一個基本問題是如何加速基於SMR神經生理學的受試者訓練。在這項研究中，研究人員假設，透過皮膚電刺激脊髓刺激（TESS），這種刺激據報導會引起皮質抑制，將會約束神經動態並在隨後的MI基於BCI訓練中促進聚焦和強烈的SMR調節，從而加速BCI訓練。為了解決第二個挑戰，研究人員假設，通過MI引發的主要運動皮質的自主激活應用神經肌肉電刺激（NMES），可以幫助區分與同一肢體不同手部動作相關的活動模式，通過在閉環BCI設置中持續招募與每個動作相關的獨立神經通路。研究人員研究與兩種刺激方式訓練相關的神經可塑性變化。