[發明專利]一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統

在審

• 申請號: 202011609685.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112604163A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 陸晟;羅志增;席旭剛;孟明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/369;A61B5/372;A61B5/378;A61B5/38;A61B5/383;A61B5/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明提出了一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統。包括電刺激儀、采集裝置和訓練裝置。訓練裝置針對不同的工作記憶子成分選用不同的記憶負載材料，設計了三種不同模式的訓練。采集裝置采集使用者經電刺激前后在不同訓練模式中的腦電信息，對比統計，為電刺激儀的電極擺放位置、刺激時長、電流密度提供參考。電刺激儀對相應腦區進行最大程度的激活，配合不同模式的訓練，提高工作記憶的效果。在電刺激結束后，再進行一次無電刺激的訓練，可以將電刺激帶來的提升效果延伸至在脫離電刺激后。

技術領域

本發明屬于模式識別領域，涉及一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，特別涉及一種利用經顱直流電刺激與n-back工作記憶范式訓練結合的輔助記憶系統。

背景技術

經顱直流電刺激(Transcranial direct current stimulation，tDCS)作為一種非侵入式調節大腦皮層活性的技術，通過在頭皮表面施加微弱的穩定直流電來調節神經元的活動。經顱直流電刺激有兩塊電極，分別是刺激電極和參考電極，根據刺激電極的極性又可以分為：陽極刺激，陰極刺激和偽刺激，電流強度一般設為1～2mA，持續時長為5～20min不等。與其他利用外部的閾上刺激來誘發神經元細胞放電的非侵入式刺激方式不同，tDCS刺激是通過調節神經元細胞的閾下激活水平的方式來激活或抑制皮層的興奮性。當陽極tDCS刺激應用在運動皮層區域可以使神經元靜息膜電位去極化，降低激活閾值增強皮層興奮性，而陰極tDCS刺激則使神經元靜息膜電位超極化，繼而提高其激活閾值來抑制皮層興奮性。tDCS刺激可以調節N-甲基-D-天冬氨酸受體的活性和鈣的穩態平衡，改變突觸所處的生理環境并且引發長時程刺激后效。

工作記憶是指能夠短暫存儲任務相關信息并能對其進行加工處理的認知系統。工作記憶與許多復雜的認知技能，如閱讀理解、言語理解、詞匯學習、寫作、邏輯推理和復雜學習等都有著十分緊密的聯系。在眾多工作記憶模型中，最具影響力的是Baddeley的多成分模型，包括語音環路、視空間模板、中央執行系統和情景緩存區。其中語音環路包含語音存儲及發音控制兩部分，語音存儲能保持語音信息2秒左右，其項目均由語音結構進行表征；發聲控制能通過默讀重新激活即將消退的語音進行表征。視空間模板主要負責視覺、空間信息的編碼，包括與顏色、形狀有關的視覺元素和與位置有關的空間元素。有研究表明，言語文字材料會使左背外側前額葉皮層得到活性更高的激活，而空間信息材料能更有效地激活右背外側前額葉皮層。由此可見，使用不同的負載材料承載不同形式的信息能夠加深工作記憶。

最初在2005年Fregni發現陽極tDCS施加于左背外側前額葉皮層可以提高工作記憶性能，此外也有研究表明陽極刺激的效果與工作記憶任務的難度相關，并且利用陽極tDCS進行工作記憶訓練所帶來的積極效果可以轉移至相似的陌生訓練任務中，但是也有研究表明陽極刺激對工作記憶的提升效果只停留在刺激過程中而無法延伸至刺激完成后。這些研究結果表明使用經顱直流電刺激對于工作記憶增強具有正面效果，然而沒有合理的刺激位置與強度，并且配合訓練方式，在脫離了刺激后的記憶效果不好。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，包括電刺激儀、采集裝置和訓練裝置。針對不同的工作記憶子成分選用不同的記憶負載材料，結合tDCS對相應腦區進行最大程度的激活，統計、分析刺激過程中的腦電信息，更改tDCS刺激的刺激時長與電流密度，提高工作記憶的效果，并且使該提升效果延伸至在脫離電刺激后。

一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，包括電刺激儀、采集裝置和訓練裝置。

所述電刺激儀為經顱直流電刺激儀，將陽極電極和陰極電極放置在使用者的不同腦區，根據采集裝置采集的信息調整刺激的位置、時長與強度。所述采集裝置通過腦電采集帽采集使用者不同狀態下的腦電信號，構建腦功能網絡，為電刺激儀與訓練裝置的參數調整提供參考。訓練裝置包括計算機屏幕與音響，根據Baddeley的多成分模型設置了三種不同的訓練模式。