用于轻度认知障碍患者空间认知训练的脑机接口与虚拟现实融合关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61876165
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0609.认知与神经科学启发的人工智‍能
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cognitive rehabilitation in patients with mild cognitive impairment is a challenging problem in the field of neurological rehabilitation. If not timely intervention and rehabilitation, it is possible to develop into severe cognitive impairment. Among them, the key challenge to be solved is how to improve the effect of the patients' personalized self-adaptive rehabilitation and effectively evaluate it in real time. This challenge transcends the traditional approach. Considering space cognitive defects are the main manifestations of the patients, the project intends to focus on study a new method of spatial cognition training: the brain-machine interface and virtual reality are integrate, and its key technologies are used to personalized and adaptive training of spatial cognitive abilities of patients, and the real-time and effective evaluation of training effect. First of all, it is proposed to design effective EEG preprocessing, feature extraction and classification method, in order to establish a regression prediction model of EEG characteristic value and spatial cognition ability of the patients. Secondly, the effective closed-loop neural feedback training model is constructed, which integrates the BCI and the virtual reality, and personalized adaptive games and training programs were designed. The project is expected to provide intergrating key new technology for the space cognitive training of patients with mild cognitive impairment , also helps to understand the technology playing a role of brain mechanisms, supply this kind of cognitive rehabilitation in patients with effective new method and on the basis of brain science.
轻度认知障碍患者的认知康复是神经康复领域的一个挑战性难题,如不及时干预和康复,有可能发展成为重度认知障碍。其中,急需解决的关键挑战是康复过程中如何提高患者的个性化自适应康复效果并对其进行实时有效的评价。而这种挑战超越了传统方法的解决范围。鉴于空间认知缺陷是该类患者的主要表现,项目拟聚焦研究空间认知训练的新方法:将脑机接口与虚拟现实相融合,并将其关键技术用于对患者空间认知能力的个性化、自适应训练以及对训练效果的实时有效评价。首先,拟设计有效的脑电信号预处理、特征提取与分类方法,建立该类患者脑电信号特征值与空间认知能力的回归预测模型。其次,拟构建有效的闭环神经反馈训练模型,通过该模型融合脑机接口与虚拟现实,设计个性化自适应游戏以及训练方案。项目的开展有望为轻度认知障碍患者空间认知训练提供融合的关键新技术,也有助于理解该技术发挥作用的脑机制,为该类患者的认知康复提供有效的新方法和脑科学依据。

结项摘要

考虑到当前国内外轻度认知障碍疾病无有效康复训练方法的实际背景,项目组成员在国家自然科学基金的资助下,深入开展了脑电信号预处理方法、脑电信号特征提取方法、脑电信号分类方法、脑电信号特征强度和空间认知测评等量表得分的回归预测模型、个性化自适应闭环神经反馈模型与BCI-VR训练系统、空间认知游戏设计与训练基本方案等方面的研究。本项目取得了如下重要结果:提出了高精度脑电信号预处理方法、脑电信号全自动化预处理方法等新型智能预处理方法;研究出了多维排序条件互信息多光谱图像、多维条件互信息共空间模式等空间认知脑电信号特征提取方法;探索出了加权排序条件互信息、特征融合多光谱图像法等轻度认知障碍脑电信号特征提取方法;研究出了多尺度高密集卷积神经网络等空间认知脑电信号特征分类方法;探索出了多视图卷积神经网络等轻度认知障碍脑电信号分类方法;研究出了基于改进的图卷积神经网络的高性能脑电信号分类方法;建立了一个针对脑电信号特征强度与空间认知测评等量表得分的有效多元线性回归模型;设计出了个性化自适应闭环神经反馈模型、BCI-VR闭环神经反馈训练系统;搭建出了6个空间认知训练系统,设计出了水迷宫训练游戏与城市漫游测试游戏、虚拟社区寻址训练游戏、城市寻路训练游戏、虚拟无人机空间认知训练游戏、虚拟空间记忆图案搭建测试游戏、城市驾驶比赛训练游戏以及对应的训练基本方案;设计出了VR游戏玩家脑电信号特征库、MCI认知数字诊疗系统,实现了空间认知脑电信号的高效加密。本项目的研究为空间认知有效训练与评估领域开拓了新视野,本项目的研究成果有望能向其他认知域的训练与评估方面进行应用与拓展,有助于整体提升我国轻度认知障碍的数字诊疗研究水平。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Current Research of Combining Multi-Modal Brain-Computer Interfaces With Virtual Reality
多模态脑机接口与虚拟现实结合的研究现状
  • DOI:
    10.1109/jbhi.2020.3047836
  • 发表时间:
    2021-09-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Wen, Dong;Liang, Bingbing;Jung, Tzyy-Ping
  • 通讯作者:
    Jung, Tzyy-Ping
The EEG signals encryption algorithm with K-sine-transform-based coupling chaotic system
基于K正弦变换耦合混沌系统的脑电信号加密算法
  • DOI:
    10.1016/j.ins.2022.12.001
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Information Sciences
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Dong Wen;Wenlong Jiao;Xiaoling Li;Xianglong Wan;Yanhong Zhou;Xianling Dong;Xifa Lan;Wei Han
  • 通讯作者:
    Wei Han
Resting-state EEG Signal Classification of Amnestic Mild Cognitive Impairment with Type 2 Ddiabetes Mellitus based on Multispectral Image and Convolutional Neural Nnetwork
基于多光谱图像和卷积神经网络的2型糖尿病遗忘型轻度认知障碍静息态脑电信号分类
  • DOI:
    10.1088/1741-2552/ab8b7b
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Neural Engineering
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Dong Wen;Yanhong Zhou;Peng Li;Peng Zhang;Jihui Li;Yunxue Wang;Xiaoli Li;Zhijie Bian;Shimin Yin;Yuchen Xu
  • 通讯作者:
    Yuchen Xu
Task-State EEG Signal Classification for Spatial Cognitive Evaluation Based on Multiscale High-Density Convolutional Neural Network
基于多尺度高密度卷积神经网络的任务态脑电信号分类用于空间认知评估
  • DOI:
    10.1109/tnsre.2022.3166224
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Dong Wen;Rou Li;Hao Tang;Yijun Liu;Xianglong Wan;Xianling Dong;M. Iqbal Saripan;Xifa Lan;Haiqing Song;Yanhong Zhou
  • 通讯作者:
    Yanhong Zhou
Coupling feature extraction method of resting state EEG Signals from amnestic mild cognitive impairment with type 2 diabetes mellitus based on weight permutation conditional mutual information
基于权重排列条件互信息的2型糖尿病轻度认知障碍遗忘静息态脑电信号耦合特征提取方法
  • DOI:
    10.1007/s11571-021-09682-1
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Cognitive Neurodynamics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yijun Liu;Xiaodong Xu;Yanhong Zhou;Jian Xu;Xianling Dong;Xiaoli Li;Shimin Yin;Dong Wen
  • 通讯作者:
    Dong Wen

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其他文献

轻度认知障碍患者EEG动力学特征提取与分类方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李恒智;文冬;魏振豪;周艳红
  • 通讯作者:
    周艳红
AZ31镁合金板热成形中的屈服和损伤:本构实现与数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周霞;文冬;沈梦祺;宋尚雨
  • 通讯作者:
    宋尚雨

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临床前轻度认知障碍脑电信号的耦合同步特征提取与分类研究
  • 批准号:
    61503326
  • 批准年份:
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    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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