Abstract

Brain–computer interfaces (BCIs) are promising tools for assisting patients with paralysis, but suffer from long training times and variable user proficiency. Mind–body awareness training (MBAT) can improve BCI learning, but how it does so remains unknown. Here, we show that MBAT allows participants to learn to volitionally increase alpha band neural activity during BCI tasks that incorporate intentional rest. We trained individuals in mindfulness-based stress reduction (MBSR; a standardized MBAT intervention) and compared performance and brain activity before and after training between randomly assigned trained and untrained control groups. The MBAT group showed reliably faster learning of BCI than the control group throughout training. Alpha-band activity in electroencephalogram signals, recorded in the volitional resting state during task performance, showed a parallel increase over sessions, and predicted final BCI performance. The level of alpha-band activity during the intentional resting state correlated reliably with individuals’ mindfulness practice as well as performance on a breath counting task. Collectively, these results show that MBAT modifies a specific neural signal used by BCI. MBAT, by increasing patients' control over their brain activity during rest, may increase the effectiveness of BCI in the large population who could benefit from alternatives to direct motor control.

中文翻译：

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正念通过增加对 Alpha 波段中神经活动的控制来提高脑机接口性能。

摘要

脑机接口 (BCI) 是帮助瘫痪患者的有前途的工具，但训练时间长且用户熟练程度参差不齐。身心意识训练 (MBAT) 可以改善 BCI 学习，但它是如何做到这一点的仍然未知。在这里，我们展示了 MBAT 允许参与者在包含有意识休息的 BCI 任务中学习有意识地增加 alpha 带神经活动。我们对个体进行了基于正念的减压（MBSR；一种标准化的 MBAT 干预）培训，并比较了随机分配的受过训练和未受过训练的对照组训练前后的表现和大脑活动。在整个培训过程中，MBAT 组的 BCI 学习速度明显快于对照组。脑电图信号中的 Alpha 波段活动，记录在任务执行期间的意志休息状态，显示在会话中平行增加，并预测最终 BCI 性能。有意静息状态下的 α 波段活动水平与个人的正念练习以及呼吸计数任务的表现可靠相关。总的来说，这些结果表明，MBAT 修改了 BCI 使用的特定神经信号。MBAT 通过增加患者在休息期间对其大脑活动的控制，可能会提高 BCI 在大量人群中的有效性，这些人群可以从直接运动控制的替代方案中受益。有意静息状态下的 α 波段活动水平与个人的正念练习以及呼吸计数任务的表现可靠相关。总的来说，这些结果表明，MBAT 修改了 BCI 使用的特定神经信号。MBAT 通过增加患者在休息期间对其大脑活动的控制，可能会提高 BCI 在大量人群中的有效性，这些人群可以从直接运动控制的替代方案中受益。有意静息状态下的 α 波段活动水平与个人的正念练习以及呼吸计数任务的表现可靠相关。总的来说，这些结果表明，MBAT 修改了 BCI 使用的特定神经信号。MBAT 通过增加患者在休息期间对其大脑活动的控制，可能会提高 BCI 在大量人群中的有效性，这些人群可以从直接运动控制的替代方案中受益。