正念冥想控制脑机接口
作者: mints 编译 / 751次阅读 时间: 2020年11月30日
标签: 冥想 脑机接口 正念
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卡内基梅隆大学工程学院的科学家发现,正念冥想可以帮助受试者学习/提高对脑机接口(BCI)进行心理控制的能力。

脑机接口是一种允许个人直接通过大脑对机器或计算机进行控制的装置。与风险更大的侵入性方法相比(脑部植入),通过颅骨读取脑电图(EEG)等非侵入性控制手段更加安全和方便,但这种方法的学习时间更长,使用者最终的熟练程度也各不相同。


卡内基梅隆大学工程学院的研究团队进行了一项大规模的人体研究,让受试者每周参加一次为期8周的简单正念冥想技巧训练课程,以测试正念冥想作为脑机接口控制训练工具的效果。

共有76人参与了这项研究,每个人被随机分配到正念冥想组或对照组,对照组在这8周期间没有接受任何训练。每个受试者进行了多达10次的脑机接口研究。

BCI培训的实验时间表。参与者对脑机接口的熟练程度进行初步评估,然后随机分配到MBSR课程或8周的等待名单条件。干预后,通过一系列每周三次的培训课程来评估脑机接口的学习情况。

Stieger, J., Engel, S. A., Jiang, H., Cline, C. C., Kreitzer, M. J., & He, B. (2020). Mindfulness Improves Brain Computer Interface Performance by Increasing Control over Neural Activity in the Alpha Band. Cerebral Cortex;  DOI: 10.1093/cercor/bhaa234
脑机接口任务。在2秒间隔之后,屏幕上会出现一个持续2秒的目标(实心黄色方块),以指示光标应该指向哪里。在反馈控制期间,参与者被给予6秒的时间让光标指向正确的目标。光标受双侧运动皮质α功率变化的控制。在侧化运动成像过程中,通常可以观察到对侧运动皮层的α功率增强,而在同侧运动皮层上,α功率的增强较弱(头皮地形图中为黄色)。双侧运动想象通常会导致双侧阿尔法活动相对不同步于休息时的状况。这样,α幂次不对称控制了横向运动,而运动表象和静止时α幂之间的对比控制了垂直运动。

研究表明,与没有接受过正念冥想训练的人相比,只上过8节正念注意力和训练课程(MBAT)的人,无论是在最初控制脑机接口的能力还是在达到完全熟练程度所需的时间上,都显示出了显著的优势。

在正念组的受试者完成了培训课程后,研究人员要求他们和一个对照组一起学习如何运用他们的思想操控屏幕上的导航光标来控制一个简单的脑机接口系统。这项任务要求被试者集中注意力想象光标在大脑中移动的样子。在这个过程中,他的团队通过脑电图监测被试的表现和大脑活动。

如前所述,研究小组发现,那些受过正念培训的人在控制脑机接口方面更为成功,无论是最初还是随着后的测试。有趣的是,研究人员发现两个样本组之间大脑活动的差异与他们的成功直接相关。正念组在阿尔法节律的调节能力方面显著增强,脑机接口系统会监测阿尔法节律,以此通过精神来控制电脑光标的移动。

研究结果对脑机接口的训练过程和脑电无创控制脑机接口的可行性具有重要意义。

虽然研究小组先前的研究表明长期正念冥想者能够更好地克服无创性精神控制的困难,但这项研究表明,只要短期的MBAT培训就能显著提高受试者的脑机接口技能。这表明MBA教育可以为脑机接口培训提供重要的补充。

现在,正念冥想在人群中已经非常流行,因为他可以改善健康。但是,这项研究表明,正念冥想还可以增强人的精神控制能力,并有助于非侵入性脑—机接口技术的广泛应用。”

除此之外,它还可以为从事设计和维护脑机接口的神经科学家和临床医生提供信息。对于透彻地了解正念冥想 如何创造机器学习算法,脑机接口如何解释大脑信号而言,至关重要。这方面的知识在脑机接口再校准中尤其重要。

该研究表明了正念冥想的神经学效应,以及如何适应更好的脑机接口训练。为脑机接口的研究者提供了新的信息,并为理解大脑和准备使用脑机接口的受试者提供了一种新的工具。

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