疏通设想(MI)职责展现的显著性不同严峻障碍了MI在脑机接口(BCI)中的宽泛运用。从前的研讨人员发觉，静息态的alpha波段功率与MI-BCI机能呈正关系。在本研讨中，研讨人员打算了一种基于上调alpha波段相对功率(RP)的神经反应磨练(NFT)计划，来研讨其对MI-BCI机能的影响。本研讨的首要发觉是，alphaNFT能够协助受试者抬高alpha节奏的功率，并抬高MI-BCI的机能。在这项研讨中也发觉了私人间的不同，即alpha功率抬高更多的受试者有更好的机能抬高。别的，在alphaNFT后，额叶-顶叶(FP)网络的机能连通性(FC)也得到了很大的抬高。但是，通过量重对比订正后，巩固成果未能到达显著水准。末了，这些发觉有助于更好地舆解alpha节奏是何如调动认知遏制的神经生理机制的。

1.被试

18名壮健受试者（男性8名，均匀年纪为23.46±1.51岁，年纪规模21-28岁，均为右撇子）参加了本研讨。受试者均无精力疾病或神经系统疾病的病史。受试者中一人曾参加过MI方面的研讨。

2.测验计划

在测验通过中，受试者坐在电脑屏幕前舒畅的椅子上，请求受试者在全面脑电图(EEG)纪录通过中，放撒手臂，尽可能增加任何形体疏通。每个受试者都在1天内参加了7个阶段的测验。受试者能够在两个测验阶段之间停止片刻的暂息。每个受试者的总测验工夫均小于1.5h，此中不囊括测验前的筹备时。以下图1A解释了测验范式和每个步骤的独自工夫。七个阶段的测验囊括两个MRT阶段，两个MI阶段，两个基线阶段和一个alphaNFT阶段。

两个MRT阶段由10个项目构成，此中每一个项目包罗四个选项，此中两个是确实的。惟有当都筛选了两个确实的选项时，才管帐一分。受试者离别在8秒和20秒内赏玩和答复每个项目(图1B)。在提醒后，受试者通过按键盘上呼应的按钮提交谜底。假若超时还没有提交，则不计分。在本研讨中，行使了一个革新版本的MRT，离别评价了alphaNFT先后的心绪转动才力。

关于两个MI阶段，每个阶段离别包罗3次施行，屡屡赓续5min。在屡屡施行通过中，受试者遵循屏幕上的提醒施行左边MI、右边MI或清闲职责。屡屡实验发端时，在黑屏宗旨浮现一个静止的白色十字，并停止1秒。在左/右手MI职责中，在十字的呼应一侧显示了左/右手的三维摹拟图，并指示受试者进步履觉MI。在清闲的职责中，白色的十字变成绿色，期间受试者放松，不想任何事故。屡屡实验赓续8或9秒(图1C)。每个职责施行12次实验，因而屡屡施行36次，是以每个阶段共次测验。这些职责的顺次是随机的。在MI阶段期间，对受试者没有供应任何反应。

在alphaNFT测验前跋文录两分钟的基线。每个基线阶段离别为一分钟的静息态的睁眼(EO)和一分钟的静息态的闭眼(EC)。

alphaNFT阶段囊括6次运转，屡屡运转赓续3min。在屡屡运转通过中，受试者都市通过屏幕上的竖条收到alpha变动的及时反应。条形图的纵坐标值与alpha目标与基线的误差成正比。当alpha目标高于或低于基线时，条形图的颜色离别变成绿色或血色。在延续三分钟内受试者维持放松，以补充他们的alpha目标。

图1：(A)：测验通过。(B)心绪转动测试(MRT)会话范式。(C)疏通设想(MI)会话范式。(D)遵循国际10-20系统电极安置法纪录的电极（灰色），筛选用橙色虚线圈出的16个电极做为额叶的标的磨练地区。

3.脑电数据预解决

脑电图纪录行使64通道的Synamps2系统，采样频次为赫兹。遵循国际10-20系统准则预先筛选60个脑电图电极，消除此中记号原料较差的4个电极。别的56个通道均用灰色记号，如图1d所示。参比电极安置在头部顶部Cz和CPz之间，接地电极AFz安置在头部内侧额叶区。行使统一系统纪录水准眼电图(EOG)和笔直EOG。强调器中包罗一个0.5~Hz的带通滤波器和一个50Hz的陷波滤波器。

4.Alpha神经反应磨练系统的打算

如上所述，为了上调alpha波段功率，在alphaNFT期间及时计划并反应了alpha目标。在本研讨中，行使alpha相对功率(ARP)与基线的误差做为alpha目标。在alphaNFT以前，计划了闭眼(EC)基线中的单个alpha频次(IAF)。计划NFT前睁眼(EO)基线的ARP为ARP_baseline。在alphaNFT通过中，延续的脑电图纪录每ms被分裂为1个周期。脑电图期的ARP计划为ARP_epoch。ARP与ARP基线的误差(?ARP)计划以下：

P_alpha和P_total离别示意(IAF-2，IAF+2)Hz的alpha频带的绝对功率和（1,50）Hz的总功率。采纳多聚法计划功率谱密度(PSD)，并采纳积分法计划标的频带功率。多聚函数是通过MNE-Python包实行的。在本研讨中，筛选了16个额叶电极来得到在alphaNFT通过中的均匀ARP(图1D)。

?ARP值被及时映照到视觉反应条的纵坐标值，?ARP的标志（正或负）对应于条的颜色（绿色或血色）。假若?ARP值在几秒钟内高出了自界说配置的阈值，屏幕上就会浮现一个笑貌标志，这解释机能优越。测验打算了一个动态阈值计谋，以在屡屡运转中更好地与受试者相调和（见图2）。在本研讨中，将缓冲区的最大长度配置为(约10s)，将初始阈值(Th)配置为10%，抬高或消沉阈值的步幅配置为1%，将阈值配置为不小于1%。假若探测到EOG伪影，反应将被片刻停息。

图2.动态阈值计谋的过程图。

5.特色讨取和分类

行使全脑电极停止离线分类的了局来衡量MI-BCI的机能。首先，采纳8~30Hz的线性相位、有限脉冲呼应(FIR)滤波器对MI时段的脑电图记号停止带通滤波。尔后，在职务发端后的0~4s内提守记号。思量了三类分类（即左手、右手和清闲职责）和三种二元分类。行使众人空间形式(CSP)算法停止空间滤波。尔后，将这些特色做为扶助向量机(SVM)算法的输入，生成特定的模子。末了，采纳10倍交织考证(CV)程序来考证了局。

6.功率谱剖析

行使不同波段的功率和相对功率（RP）来研讨大脑节奏的变动。频段囊括来自(1,IAF-6)Hz的delta频段，来自(IAF-6,IAF-2)Hz的theta频段，来自(IAF-2,IAF+2)Hz的alpha频段，来自(IAF+2,30)Hz的beta频段，以及来自(30,50)Hz的低伽马波段。RP的计划相仿于在线alphaNFT中的ARP，?RP的计划以下：

在基线阶段，研讨剖析了5个波段的?RP。RP和RP_baseline离别示意特定波段NFT后和NFT前基线阶段的RP。

关于MI阶段，讨取值为-3~4s的脑电图记号。每个测验被分为一个职责前阶段（?3-0秒）和一个职责阶段（0-4秒），并遵循职责类别进一步分组。均匀功率为在每个阶段的三次运转中取均匀。每个职责的ERD计划办法以下：

此中Ptask和Ppretask离别代表单个alpha波段在职务阶段和职责前阶段的绝对功率。

7.机能连通性剖析

剖析静息态机能延续(FC)并研讨大脑网络的变动。为了绘制双侧脑地区之间的连通性，研讨消除了8此宗旨电极(即Fpz、Fz、FCz、Cz、CPz、Pz、POz和Oz)。从EO基线中筛选左右双侧各24个电极，共48个电极。机能连通性矩阵是通过相位滞后指数(PLI)和设想关系性(imCoh)计划的，这两种办法都是当今最罕用的衡量办法。从前的研讨解释，PLI受联合源和积极参考电极的影响较小，imCoh受空间传导和空间渗漏的影响较小。算法的实行和大脑网络延续映照的绘制行使的是MNE-Python软件包。

8.统计剖析

采纳配对t搜检对alphaNFT先后不同的显著性停止统计学剖析。采纳Pearson关系剖析?ARP与受试者展现变动的关系性。采纳α=0.05的过失发觉率(FDR)来订正多重对比的显著性水准。本文中行使的统计和关系办法是行使Python软件包Pingouin实行的。

1.疏通设想与心绪转动测试机能剖析

图3显示了alphaNFT先后MI阶段的分类了局。在三类分类中，一切受试者的展现均高于随机水准（33.33%）。整体而言，alphaNFT前的均匀分类精确率为59.29±9.17%，alphaNFT后为64.78±13.45%，显著抬高了5.48±7.76%(p0.01)。但是，18名受试者中仍有30%的MI-BCI机能没有抬高。

关于二元分类，囊括左手MI与右手MI(Lvs.R)，左手MI与清闲职责(Lvs.I)，以及右手MI与清闲职责(Rvs.I)。Lvs.R分类了局显示，alphaNFT前的均匀精确率为60.83±16.94%，alphaNFT后为69.08±13.12%，显著抬高了8.25±12.66%(p0.05)。而Lvs.I和Rvs.I分类了局显示，alphaNFT前的均匀精确率离别为74.51±15.36%和77.92±9.78%，alphaNFT后离别为77.78±11.99%和79.47±11.54%，改正未到达显著水准。

MRT了局满分10分，alphaNFT前均匀为5.33±2.13，alphaNFT后均匀为5.22±2.15，不同无统计学意义。超时率为4.17%。

图3.NFT前（Pre）和NFT后（Post）MI阶段的机能展现。(A)被试间分类精确坦爽方图-灰色虚线示意值为33.33和50%的随机水准。(B)分类精度的箱线图-红点示意均匀值：Lvs.R，左手MI与右手MI；Lvs.I，左手的MI和清闲职责；Rvs.I，右手MI与清闲职责；?p0.05；??p0.01；n.s.，没有显著意义。

2.相对功率的变动及关系性剖析

受试者的均匀IAF在NFT前和NFT后EC的基线阶段之间维持安定，离别为10±0.49Hz和9.72±0.53Hz。为了评价研讨的可磨练性和自力性，研讨人员计划了NFT前和NFT后EO基线阶段之间5个频带的?RP。每个通道的不同经FDR订正。了局如图4所示。了局显示，alpha频带RP(ARP)在险些全面大脑中都显著补充，在额叶上最为显著。?RP在delta频带的显著性较小，与别的频带无显著性不同。

图4.(A)图为5个频带NFT前和后基线之间的?RP。(B)电极的地位。(C)配对t搜检中?RP的显著性水准-电极的p值经FDR订正。(A、C)中的图象离别在右边有雷同的颜色条。

为了评价NFT，研讨人员离别计划了6次的alphaNFT运转的均匀ARP值，在图5中绘制了屡屡运转和前一次EO基线之间的ARP变动量。从1到6有显然的回升趋向。ARP在全面大脑中均显著抬高，特殊是在前额叶和顶枕叶。如图5所示。

图5.(A)图为屡屡alphaNFT运转与NFT前的基线阶段之间的?ARP。(B)配对t搜检中?ARP的显著性水准-电极的p值经FDR订正。(A、B)中的图象离别具备雷同的颜色条。(C)线图为在6个alphaNFT运转中，来自不同大脑地区的?ARP。Fp和AF：前额叶，F：额叶，额宗旨，C：宗旨，CP：宗旨顶叶，P：顶叶，PO：顶枕，O：枕区。

通过NFT后和NFT前EO基线之间的相对不同来评价?ARP，并在16个额叶电极上取均匀值。研讨人员行使Pearson关系性来研讨?ARP和MI-BCI机能变动之间的干系。了局显示，?ARP与MI-BCI的机能变动呈显著正关系（见图6）(r=0.65；p0.01)。但是，MRT评分与?ARP或MI-BCI展现的变动之间没有显著的关系性。

图6.?ARP与MI-BCI机能变动之间的Pearson关系性（?Accurary）。发觉?ARP与三类分类的?Accurary之间存在显著的正关系干系(r=0.65；p0.01)。

3.事故关系去同步剖析

离别剖析了NFT先后MI三个职责的绝对频带功率和ERD值的变动。如图7所示，在alphaNFT后，职责前阶段的alpha波段功率补充了，特殊是在枕叶上最为显然。而且在前额叶上略有补充，而在alphaNFT后的职责阶段没有显然的变动。别的，ERD在左手和右手MI中均有补充，特殊是在对侧顶叶上。对侧低级疏通皮层(M1)ERD变动显著性较高。

图7.图为离别来自NFT前（Pre）和NFT后（Post）MI阶段和三个职责的alpha波段绝对功率(AP)和ERD。(A)来自职责前阶段的AP（-3-0秒）。(B)来自职责阶段的AP(0-4s)。(C)ERD。(D)配对t搜检后有显著性不同的ERD，此中p值经FDR改正。每个面板的图象同享右下角雷同的颜色条。Right,右MI；Left,左边MI；Idle,清闲职责。

4.机能连通性剖析

进一步剖析来自EO基线时段的脑电图记号，以认识静息形态脑网络的变动。1min基线记号分为12段，每段5s。通过PLI和imCoh计划机能连通性矩阵，并在各段间取均匀值。尔后计划NFT后和前基线阶段之间的统计学T值。图8显示了配对t搜检得到的T值，只显示了显著的链接(p0.01)。但是，在FDR关系性剖析后，没有发觉显著性不同。线的血色和蓝色离别示意在alphaNFT以后延续被巩固或削弱。PLI和imCoh了局均显示，在alpha波段的红线多于蓝线，解释在alphaNFT后，alpha波段延续巩固，特殊是在左额叶和右顶叶之间。别的，imCoh了局中的delta和theta波段，PLI和imCoh了局中的beta波段，以及PLI了局中的gamma波段，都查看到的蓝线多于红线。了局解释，这4个频段的机能延续在不同水准上削弱。

图8.通过相位滞后指数(PLI)和设想关系性(imCoh)计划出的五个频段的机能连通性不同。这些节点对应于来自双侧半球的48个电极，这些延续代表了NFT前和NFT后基线阶段之间的配对t搜检得出的统计值。线的血色和蓝色离别示意在alphaNFT后，延续被巩固或削弱。在FDR关系后没有发觉显著性。

总之，研讨了局解释了alphaNFT对上调alpha节奏和改正MI-BCI机能的灵验性。别的，本文还阐述了NFT效应的私人不同。本研讨补充了初期的研讨，解释alphaNFT是一种很灵验的计划，能够抬高认知机能，进一步改正动做展现。别的，研讨了局阐述了alpha振动参加认知遏制的理论机制。本研讨警示了研讨人员进一步系统地寻求alphaNFT对种种职责的影响，并抬高人们对认知遏制机制的知道。

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