一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统及调控方法与流程

1.本发明涉及无创性神经调控领域，具体是一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统及调控方法。


背景技术：

2.近年来，神经调控技术已经成为神经科学与生物医学工程相结合发展得最快的交叉学科，也成为科学研究、临床治疗和医疗器械投资的重点关注对象。脑神经调控技术是通过侵入性或非侵入性手段，利用光、磁、电、超声等物理或化学等外部技术手段改变脑部内源神经信号传递，从而引起脑功能变化的重要方法。神经调控不仅能在较短时间内引起神经元结构变化，而且特定设计的调控范式还可带来神经功能环路的改变，从而恢复或者提高神经突触连接可塑性，是解析神经元信号传导、研究神经环路、阐明脑功能与行为因果关系的有力工具，又是治疗临床神经系统和精神科疾病的重要手段。
3.经颅交流电刺激(tacs)是一种非侵入性技术，低强度的正弦电流被传送到头皮上，以调节皮层脑区的活动，目标脑区处的神经元群的活动频率被带到施加交流电的相同频率。相较于其他神经调控装置，在tacs期间，目标脑区中的尖峰活动越来越多地锁相于外部施加的节律电场，如果施加的频率与网络的固有频率相似，在刺激期间观察到的效果可以一直持续下去。通过对正在进行的神经元活动进行特定频率的时间重组以及随后对突触可塑性的调节，tacs非常适合于神经精神疾病人群的康复神经调节。
4.中国专利cn114366126a提出了一种闭环脑电调控方法及系统，以脑电theta节律作为标志物，通过无创脑神经调控技术进行闭环脑电调控，但这个技术方案没有针对性，当被试者仅存在部分认知问题，另一部分认知没有问题时，无法对被试神经进行调控，中国专利cn 113040790a提出了一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统，这个技术方案仅指出被试在睁眼、闭眼任务下如何进行神经调控，使用范围较窄。


技术实现要素：

5.针对现有的问题，本发明提供一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统及调控方法，可以有效的解决背景技术中提出的问题。
6.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
7.一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统，其包括，
8.显示单元，用于向被试者展示刺激图片，所述刺激图片包括负性图片、正性图片和中性图片；
9.脑电信号收集单元，用于接收被试者看到刺激图片后的脑电信号；
10.脑电信号处理单元，用于实时接收脑电信号并进行分析，判断被试者的脑电信号是否存在异常，若存在异常，则发送异常指令；
11.经颅交流电刺激单元，用于接收脑电信号处理单元发送的异常指令信号，并对被试者的靶区进行电刺激。
12.作为本发明再进一步的方案：所述显示单元包括计算机和显示器，计算机与显示器连接，计算机存储刺激图片并经过显示器向被试者显示，进行图片呈现，诱发特定的erp成分。
13.作为本发明再进一步的方案：所述刺激图片选自国际情绪图片系统的图片库(iaps库)。
14.作为本发明再进一步的方案：所述显示器中刺激图片每次展现6s且相邻图片之间黑屏时间为12s，展示时间和黑屏时间可以根据需求进行修改调整。
15.作为本发明再进一步的方案：所述计算机与脑电信号处理单元连接，用于向脑电信号处理单元发送图片标签，且负性图片发送标签1、正性图片发送标签2和中性图片发送标签3。
16.作为本发明再进一步的方案：所述脑电信号处理单元判断是否是负性图片，如果是负性图片，则计算被试者此时的erp评分与theta同步评分，若两个评分中存在不合格项，通过经颅交流电刺激单元对被试者给与电刺激，若两个评分均合格，则不对被试进行刺激，若图片不是负性图片，则不对被试进行刺激。
17.还提供了一种基于内源性脑信号的闭环神经调控方法，其包括如下步骤：
18.1)配置区块的数量和休息的时长，配置每次区块刺激图片的呈现时间、刺激间隔时间以及每个区块的休息时间，配置脑电波成分n170的通道，确定erp评分和theta同步评分的合格分数，设置theta波段检测的目标脑区；
19.2)显示刺激图片：通过显示单元依次向被试者展示刺激图片，进行图片呈现，诱发特定的erp成分；
20.3)脑电信号处理单元判断刺激图片是否是负性图片，如果不是负性图片，则在刺激间隔时间后显示单元展示下一张图片；
21.4)每个负性图片展示结束后，脑电信号收集单元接收脑电信号并传输至脑电信号处理单元，脑电信号处理单元对每个通道获得的erp分别进行叠加，并对叠加后的epr进行n170成分检测，进行评分，并把评分与erp评分的合格分数对比，低于erp评分的合格分数，则对被试者给予靶区电刺激，电刺激持续；若评分高于erp评分的合格分数，则进行下一步；
22.5)脑电信号处理单元分别计算该负性图片刺激下，左、右前额叶的theta波段能量的均值，并进行评分，并把评分与theta同步评分和erp评分的合格分数对比，低于theta同步评分的合格分数，则对被试给予靶区电刺激，若高于erp评分的合格分数，则在刺激间隔时间后展示下一张图片，直至所有刺激图片展示完成。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明可以实时获得被试者的大脑活动情况，并在被试脑电异常的情况下予以及时调控。在被试脑电正常的情况下不调控；2)本发明基于人机互动的模式，对情绪管理进行细微的调整，被试在主观上需要调整自己的情绪和判断，在客观上受到脑电测量的监控；3)本发明引入了电刺激系统，协助神经系统进行神经元群电活动和频率上的调整，可提高神经调控的效果；本发明可以用于情绪障碍包括抑郁症的治疗，使病人异常的脑电波恢复正常。
附图说明
24.图1为一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统结构示意图；
25.图2为一种基于内源性脑信号的闭环神经调控方法流程图。
26.图中：1、显示单元；11、计算机；12、显示器；2、脑电信号收集单元；3、脑电信号处理单元；4、经颅交流电刺激单元；5、被试者。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1所示，在本实施例中，本实施方式提供了一种基于内源性脑信号的闭环神经调控系统，其包括显示单元1、脑电信号收集单元2、脑电信号处理单元3和经颅交流电刺激单元4，显示单元1向被试者5展示刺激图片，刺激图片包括负性图片、正性图片和中性图片，该刺激图片选自iaps库，显示单元1包括计算机11和显示器12，计算机11与显示器12电连接，计算机11存储刺激图片并经过显示器12向被试者5显示，进行图片呈现，诱发特定的erp成分，显示器12中刺激图片每次展现6s且相邻图片之间黑屏时间12s，计算机11与脑电信号处理单元3连接，用于向脑电信号处理单元3发送图片标签，且负性图片发送标签1、正性图片发送标签2和中性图片发送标签3，脑电信号收集单元接收被试者5看到刺激图片后的脑电信号，并把脑电信号输送给脑电信号处理单元3，且脑电信号处理单元3实时接收脑电信号并进行分析，判断被试者5的脑电信号是否存在异常，若存在异常，则向经颅交流电刺激单元4发送指令；经颅交流电刺激单元4为tacs，接收脑电信号处理单元3发送的异常指令信号，并对被试者5的靶区进行电刺激，具体的，脑电信号处理单元3判断是否是负性图片，如果是负性图片，则计算被试者5此时的erp评分与theta同步评分，若两个评分中存在不合格项，通过经颅交流电刺激单元4对被试者5给与电刺激，若两个评分均合格，则不对被试进行刺激，若图片不是负性图片，则不对被试进行刺激。
29.如图2所示，在本实施例中，本实施方式提供了一种基于内源性脑信号的闭环神经调控方法，其包括如下步骤：
30.1)从iaps库中选取100张刺激图片，其中负性图片40张、正性图片40张以及中性图片20张，经过计算机连接的显示器随机播放，分成四个区块，每个区块分别展示25张图片，其中每张图片展现6s，每张图片之间的黑屏时间为12s作为刺激间隔时间，每个区块之间有五分钟的休息时间，四个区块结束后则实验结束，并且在脑电信号处理单元中配置脑电波成分n170的通道，确定erp评分和theta同步评分的合格分数，erp评分和theta同步评分的合格分数均为80分，设置theta波段检测的目标脑区；
31.2)通过显示单元依次向被试者展示刺激图片，进行图片呈现，诱发特定的erp成分，并向脑电信号处理单元发送图片标签，负面图片发送标签1，正性图片发送标签2，中性图片发送标签3；
32.3)脑电信号处理单元判断刺激图片是否是负性图片，如果不是负性图片，则在12s后显示单元展示下一张图片；
33.4)每个负性图片展示结束后，脑电信号收集单元接收脑电信号并传输至脑电信号处理单元，脑电信号处理单元对每个通道获得的erp分别进行叠加，并对叠加后的epr进行
n170成分检测，检测参数包括：潜伏期(ms)和响应幅值(uv)，进行评分，评分公式如下：
[0034][0035]
其中，负
n170amp
代表该负性图片诱发n170的所有配置通道的平均幅值；
[0036]
中
n170amp
代表实验前获取的中性图片诱发n170的所有通道平均幅值。
[0037]
并把评分与erp评分的合格分数对比，若评分低于erp评分的合格分数，则tacs对被试者给予靶区背外侧前额叶(dlpfc)2ma的交流电刺激，电刺激持续10秒钟；若评分高于erp评分的合格分数，则进行下一步；
[0038]
5)每个负性图片展示结束后，脑电信号处理单元分别计算该负性图片刺激下，左、右前额叶的theta波段能量的均值，并进行评分，评分公式如下：
[0039][0040][0041][0042]
其中，θ
l负性
是负性图片刺激下左前额叶的theta波段能量均值，θ
r负性
是负性图片刺激下右前额叶的theta波段能量均值，θ
l中性
是中性图片刺激下左前额叶的theta波段能量均值，θ
r中性
是中性图片刺激下右前额叶的theta波段能量均值。
[0043]
并把评分与theta同步评分和erp评分的合格分数对比，若评分2低于theta同步评分的合格分数，则tacs对被试给予靶区(dlpfc)2ma电刺激，电刺激持续10秒钟，若评分高于erp评分的合格分数，则在黑屏时间12s后展示下一张图片，直至所有刺激图片展示完成。
[0044]
每个负性图片中，步骤4)和步骤5)循环操作，直至评分和评分2的检测分数高于对应的erp评分和theta同步评分的合格分数。
[0045]
上述实施方式尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。