想更好地驾驭脑机接口?练习冥想有帮助

作者: 胡琦琳(翻译)来源:卡内基梅隆大学工程学院发布时间:2020-10-12

科学家进行了一项大规模的人类研究,他们让受试者参加为期 8 周广泛应用的简单冥想技巧课程,以检验冥想作为脑机接口控制的潜在训练工具的效果。	

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图片来源:Pixabay


脑机接口(BCI)是一种允许直接通过人脑控制机器或计算机的设备。而与使用大脑植入物这样具有高风险的侵入性方法相比,像脑电图(EEG)这样通过颅骨读取数据的非侵入性控制方法既安全又方便,但是掌握这种方法所需的学习时间更长,使用者的熟练程度也不尽相同。


美国卡内基梅隆大学生物医学工程系主任贺斌教授与合作者进行了一项大规模的人类研究,他们让受试者参加为期 8 周广泛应用的简单冥想技巧课程,以检验冥想作为脑机接口控制的潜在训练工具的效果。这项研究发表在 Cerebral Cortex 上。


一共有 76 人参与这项研究,每位受试者被随机分配到冥想组和对照组,并且在这 8 周里,受试者不会为控制脑机接口做任何其它的准备。之后,每位受试者会进行多达 10 次脑机接口研究。贺斌教授的研究表明,与没有接受过冥想训练的人相比,只接受过 8 节基于正念的认知疗法(mindfulness-based attention and training , MBAT)的受试者无论在第一次控制脑机接口的能力上,还是在完全达到熟练程度所需要的时间上,都表现出了显著的优势。


MBAT 组的受试者完成训练课程后,与对照组一起学习通过脑机接口操纵系统,通过意念在电脑屏幕上操纵光标。这要求他们集中注意力,在脑海中视觉想象光标的移动。在整个过程中,研究团队通过 EEG 监测受试者的表现和大脑活动。


如前文所言,该团队发现那些接受过 MBAT 训练的人在控制脑机接口方面,无论是在第一次接触该设备还是使用了一段时间后,都表现得更得心应手。更有意思的是,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与否直接相关。冥想组调节 α 节律的能力明显提升(α 节律是脑机接口系统中用于意念控制电脑光标运动的活动模式)。


图示为冥想组和对照组之间 α 节律能量的差异。图片来源:卡内基梅隆大学工程学院


贺斌教授的研究结果对脑机接口训练过程和通过 EEG 控制非侵入性脑机接口的整体可行性具有重要意义。他们团队先前的研究表明,长期的冥想者能够更好地克服学习非侵入性意念控制的困难,而这项研究表明,只需短时间的 MBAT 训练,就能显著提高受试者使用脑机接口的技能。这也说明 MBAT 可以为脑机接口训练提供非常有效的辅助。“冥想已经被广泛地用于提升幸福感和改善健康。”贺教授说,“我们的研究发现,它还可以增强人的意念控制能力,并可能由此推动非侵入性脑机接口技术的广泛应用。”


它同样也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帮助。对于设计脑机接口用于解释大脑信号的机器学习算法,对大脑的全面理解有着至关重要的作用。这方面的信息在脑机接口重新校准中尤为重要,它可能很耗时,但对于非侵入性脑机接口而言经常是必需的。


贺教授和他的团队的工作为一种众所周知的、广泛实践的冥想形式提出了新的应用,甚至可能有助于理解冥想在神经学中的作用,以及如何更好地将冥想应用于脑机接口训练。这项研究为脑机接口研究者提供了新的信息,并为理解大脑和帮助人们准备使用脑机接口提供了一种新的工具。


原文链接:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/coec-mfm092220.php 

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