CMU贺斌教授团队提出:冥想可以增强对脑机接口的控制

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图片来源于Carnegie Mellon University College of Engineering

脑机接口(BCI)是一种允许个人直接通过大脑控制机器或计算机的设备。与使用大脑植入的高风险侵入性方法相比，通过颅骨获取的非侵入性控制手段，如脑电图(EEG)，既安全又方便，但它们需要更长的学习时间，使用者的的熟练程度最终会有所不同。

生物医学工程系系主任贺斌教授和合作者进行了一项大规模的人体研究，让受试者参加为期八周的简单、广泛练习的冥想技巧课程，以测试他们作为脑机控制的潜在训练工具的效果。这项研究发表在《Cerebral Cortex》杂志上。共有76人参与了这项研究，每个人被随机分配到冥想组和对照组，在这8周没有任何准备。对每个受试者进行了多达10次的BCI研究。他的研究表明，与没有接受过冥想训练的人相比，只接受过八堂基于正念的注意力和训练(MBAT)的人表现出了显著的优势，无论是在他们最初控制脑机综合症的能力上，还是在他们达到完全熟练所需的时间上。

在MBAT组的受试者完成了他们的训练课程后，他们和另一对照组一起被要求学习通过用意念在电脑屏幕上导航光标来控制一个简单的脑机接口系统。这要求他们集中注意力，在脑海中想象光标的移动。在这个过程中，他的团队通过脑电图监测他们的表现和大脑活动。

下图一组图为运动想象与休息之间的alpha功率对比图。

Fisher评分用于绘制整个训练过程中在每个电极上运动想象和休息时的alpha功率分布的差异(x轴= session number)。在UD任务中，对照组(上一行)显示了预期的模式，即运动想象和休息之间的差异是由运动皮层的活动是否存在决定的。然而，MBSR组在整个训练过程中产生了完全不同的对比模式。在不同的试验类型中，较亮的颜色表示alpha值的较大差异。

对比上图中，UD对照组期间皮层Fisher评分的变化，发现MBSR组在运动想象和休息之间比对照组在大范围电极上产生更大的alpha功率对比(CBPT, P =0.01)。

上图中在UD任务期间Fisher评分变化的差异再次证实了学习alpha功率调制的差异广泛存在(CBPT, P <0.001)。

如前所述，该团队发现那些接受过MBAT训练的人在控制脑接口方面更成功，无论是在最初还是随着时间的推移。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。冥想组在调节alpha节律方面表现出明显增强的能力。alpha节律是脑机控制系统用来在意念上脑控制电脑光标运动的活动模式。

他的研究结果对脑机接口训练过程和脑电无创控制脑机接口的整体可行性具有重要意义。他的团队之前的研究表明，长期的冥想者能够更好地克服学习非侵入性思维控制的困难，而这项研究表明，只需短时间的MBAT训练，就可以显著提高受试者使用脑机辅助的技能。这表明MBAT教育可以为BCI训练提供一个显著的补充。他说:“冥想已经被广泛应用于健康和改善健康。我们的研究表明，它还可以增强人的精神控制能力，并可能促进非侵入性脑机接口技术的广泛应用。”

它还可以为从事脑机接口设计和维护工作的神经科学家和临床医生提供信息。对大脑的全面理解对于创建BCI系统中用于解释大脑信号的机器学习算法是至关重要的。该知识在BCI重新校准中尤其重要，因为它可能非常耗时，并且对于非侵入性BCI而言经常是必需的。

贺斌教授和他的团队的工作展示了一种众所周知且广泛应用的冥想方式的新应用，甚至可能为冥想的神经效应以及如何更好地适应BCI训练提供见解。本研究为脑机接口研究者提供了新的信息，并提出了一种新的工具，可以帮助人们理解大脑并为受试者准备使用BCI。

论文信息：

Mindfulness Improves Brain–Computer Interface Performance by Increasing Control Over Neural Activity in the Alpha Band

https://www.technologynetworks.com/neuroscience/news/meditation-boosts-control-of-brain-computer-interfaces-340832