基于手运动表象的视觉-电触觉刺激反馈改进沉浸式脑机接口( Visual-Electrotactile Stimulation Feedback to Improve Immersive Brain-Computer Interface Based on Hand Motor Imagery )

D Achanccaray SI Izumi M Hayashibe

在老龄化社会，患血管障碍的人数迅速增加，已成为一个社会问题。卒中是全球死亡的第二大原因，在过去20年中，卒中的死亡率上升了40%。中风也会导致瘫痪。近年来，脑机接口（brain-computer interfaces,BCI）作为一种辅助技术在康复领域引起了广泛的关注。当受试者进行运动想象(MI)时，用于瘫痪患者运动康复的BCI促进了神经可塑性。视觉和本体感觉等反馈影响脑节律的调节，从而有助于MI学习和运动功能的恢复。同时，虚拟现实(VR)可以提供强大的图形选项来增强反馈的可视化。本工作旨在改进基于手部MI的沉浸式VR-BCI，使用视觉电触觉刺激反馈代替视觉反馈。MI任务包括抓取、屈伸及它们的随机组合。实验结束后，被试回答了系统感知问卷。用20名身体健全的受试者对所提出的系统进行了评价。视觉-电触觉反馈提高了抓握(93.00%3.50%)和屈伸(95.00%5.27%)MI任务的平均分类正确率。此外，被试在需要更多注意力的随机MI任务中达到了可接受的平均分类正确率（最大值为86.5%5.80%)。在抓握和屈伸MI任务的测试中，本体感觉反馈在所有通道的平均功率谱密度均低于视觉反馈，注意水平高于视觉反馈。此外，这种反馈对运动前皮层产生了更大的-带相对功率，这表明MI准备得更好。在抓握和屈伸MI任务中,电触觉刺激和视觉反馈分别提高了沉浸式VR-BCI分类准确率5.5%和4.5%,保持了受试者的注意力,并且比单纯视觉反馈更好地缓解了MI。1.引言老年人患血管疾病的人数在发达国家迅速增加。它已成为一个社会问题，可造成瘫痪，使生活条件恶化。瘫痪可能是由于医疗条件，如中风，脊髓损伤(SCI)，肌萎缩侧索硬化症，或多发性硬化症[1]。脑卒中是全球最重要的死亡原因之一，最近二十年因脑卒中导致的死亡率上升了40%[2]。2016年被世界卫生组织报告为第二死因[3]；大多数卒中后患者主要经历部分瘫痪，通常是上肢[4]。近年来，脑机接口（brain-computer interfaces,BCI）在康复领域引起了广泛的关注。其主要目的是改善瘫痪病人的生活质量和健康状况。运动康复的脑机接口是一种辅助技术，在受试者进行运动想象(MI)任务时，可以促进同侧运动脑区的神经可塑性，减轻皮层重组。MI任务可以通过引发事件相关去同步(ERD)和事件相关同步来调节感觉运动皮层的大脑活动，类似于物理治疗过程中的运动执行。-（8-12赫兹）和中心-（16-24赫兹）波段的高ERD可有助于恢复过程[5,6]。此外，BCIs还可以训练老年人的运动和认知技能，不管他们有没有身体和认知疾病。BCIs试图通过老化来防止退行性改变。因此，交互界面可以提高多任务处理技能，而神经反馈（或反馈）可以提高认知表现[7]。此外，在基于BCI的辅助系统中，反馈是达到高性能和可靠性的一个重要因素[8,9]。大多数BCI应用程序使用视觉反馈；然而，它可以被限制在没有视力残疾的受试者或由末端执行器

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