[發明專利]一種基于解碼的實時功能磁共振神經反饋調控系統及裝置

有效

• 申請號: 202211276610.5
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115349833B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 張瑜;張歡;錢浩天;王志超;孫超良
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/055;A61B5/16;G06F18/243;G06F18/241;G06F18/2411;G06N3/04;G06N3/042;G06N3/0442
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理有限公司 11435
• 代理人: 戴莉

1.一種基于解碼的實時功能磁共振神經反饋調控系統，其特征在于，包括：

行為學模塊：用于測量被試者的工作記憶水平，得到被試者的記憶準確率；

解碼模型訓練模塊：用于利用磁共振機器采集每名被試者的短序列記憶實驗磁共振數據和基線實驗磁共振數據，分別獲取記憶狀態和非記憶狀態作為解碼標簽，將所述短序列記憶實驗磁共振數據和所述基線實驗磁共振數據轉換為圖模型數據，所述圖模型數據和所述解碼標簽作為解碼模型的輸入進行模型訓練，獲取最優解碼模型；

所述解碼模型訓練模塊具體包括：

序列實驗單元：用于利用磁共振機器采集每名被試者的短序列記憶實驗磁共振數據，獲取通過按鍵判斷并排不同圖片的相對位置正確的實驗塊對應的短序列記憶實驗磁共振數據作為記憶狀態；利用磁共振機器采集每名被試者的基線實驗磁共振數據，通過按鍵判斷并排相同圖片的方向正確的實驗塊對應的基線實驗磁共振數據作為非記憶狀態；

所述短序列記憶實驗具體為：被試者對并排呈現的若干張不同圖片進行序列編碼記憶，根據被試者按鍵判斷并排不同圖片的相對位置順序，獲取按鍵表示的圖片順序結果和短序列記憶實驗磁共振數據，并將圖片順序結果為正確實驗塊的序列編碼記憶階段時間點對應的短序列記憶實驗磁共振數據作為記憶狀態；

所述基線實驗具體為：被試者對并排呈現的若干張相同圖片進行觀看，不進行編碼記憶，根據被試者按鍵判斷并排相同圖片的方向位置，獲取按鍵表示的圖片方向結果和基線實驗磁共振數據，并將圖片方向結果為正確實驗塊的觀看階段時間點對應的基線實驗磁共振數據作為非記憶狀態；

模型訓練單元：用于將所述短序列記憶實驗磁共振數據和所述基線試驗磁共振數據進行預處理，并將預處理后的數據轉換為圖模型數據，將所述記憶狀態和所述非記憶狀態作為解碼標簽，利用所述圖模型數據和所述解碼標簽對解碼模型進行訓練，通過調參獲取最優解碼模型；

所述模型訓練單元中利用所述圖模型數據和所述解碼標簽對解碼模型進行訓練，通過調參獲取最優解碼模型具體包括：

圖模型數據處理單元：用于利用腦圖譜模板將所述圖模型數據劃分為不同腦區，計算每個腦區對應的時間序列，生成每個被試者對應的時間序列乘以腦區數量的圖模型特征數據，每個被試者圖模型特征數據為V?R^(t×n)，其中t為每個試次的時長，n為腦區分區數量；

解碼標簽設置單元：用于將所述記憶狀態設置為記憶標簽，所述非記憶狀態設置為非記憶標簽，并將記憶標簽和非記憶標簽作為解碼標簽；

解碼模型訓練單元：用于將所述圖模型特征數據和所述解碼標簽輸入到解碼模型中，通過調整學習率、參數個數和輪次，計算解碼模型的準確率，將準確率不再下降的解碼模型確定為最優解碼模型；

所述解碼模型包括深度學習的多層感知機、圖神經網絡、長短期記憶網絡、機器學習的支持向量機；

實時解碼神經反饋模塊：用于利用所述最優解碼模型實時預測被試者包含記憶狀態和非記憶狀態的實時狀態信息及實時準確率，并以不同的圖片形式反饋給被試者，被試者利用調節策略調節反饋信息，自主訓練工作記憶能力。

2.如權利要求1所述的一種基于解碼的實時功能磁共振神經反饋調控系統，其特征在于，對被試者的工作記憶水平進行測量采用面孔3-back實驗任務。

3.如權利要求1所述的一種基于解碼的實時功能磁共振神經反饋調控系統，其特征在于，所述實時解碼神經反饋模塊具體包括：

實時預處理單元：用于利用外接工作站對磁共振機器采集每名被試者實時得到的每個時間點的數據進行實時頭動校正和實時平滑處理，得到實時預處理數據；

實時解碼單元：用于將所述實時預處理數據輸入至所述最優解碼模型得到被試者當前時間點處于記憶或非記憶的實時狀態信息以及實時準確率，并將實時狀態信息和實時準確率作為神經反饋信號并轉換為圖片形式反饋給被試者；

實時反饋單元：用于被試者根據所述神經反饋信號，利用調節策略將所述神經反饋信號轉變為當前時間點處于記憶的實時狀態信息和實時準確率比上一次實時準確率高的信息。

4.如權利要求3所述的一種基于解碼的實時功能磁共振神經反饋調控系統，其特征在于，所述調節策略為在實時解碼神經反饋前被試者記憶長度大于10的圖片序列或者字母順序，用于提高被試記憶腦區的活動，自主調控記憶腦區的激活程度。