8.1　神经反馈原理和基本框架

神经反馈是一种能够通过计算机实时显示大脑活动的生物反馈技术。其原理是将参与者的脑电信号或核磁信号实时处理转化成能够被参与者察觉的视觉、听觉或触觉等信号形式，如动画、游戏、声音等，参与者在神经反馈训练过程中需要根据训练内容选择性地增强或抑制大脑某一区域或全脑活动，达到自我调节脑功能、改善认知功能与行为表现的目的。

神经反馈的原理主要基于两方面：①操作性条件反射，该模型是心理学家斯金纳根据经典条件反射理论发展而来的，重点强调反馈信号刺激会引起相应的行为学变化。②强化学习机制，即通过条件刺激而增强的操作性活动，需要进行不断的强化学习。神经反馈过程需要执行与控制、奖赏处理以及学习功能的参与。其中外侧枕叶、背外侧前额叶、后顶叶和丘脑重点参与执行控制功能。在这些脑区的监管控制下，前扣带回、前岛叶和腹侧纹状体等区域激活，对奖赏信息进行处理。当接受奖赏信号时，激活由黑质多巴胺回路参与的奖赏系统，增强多巴胺递质释放，强化执行任务动机。随着训练次数增加，大脑逐渐强化奖赏环路中神经元之间的突触连接，使重复信息传递的突触效能增强，引起背侧纹状体和海马区域激活，进而执行学习功能，将短时记忆转变成长时记忆，影响认知功能并改善行为。

神经反馈系统的基本框架由神经活动信号采集、特征信号计算、反馈信号呈现以及参与者四大部分构成，其中神经活动信号包括电生理和血液动力学信号，主要通过脑电图和功能磁共振成像获取。原始神经信号经去除伪迹等噪声后提取信号特征。电生理与血液动力学信号处理方法类似，包括单个通道或感兴趣脑区的信号特征提取，以及多通道或多个脑区信号特征的联通性分析等。反馈信号以视、听、触觉或其组合形式实时呈现给参与者。基于脑电信号的视觉神经反馈系统如图8.1所示，参与者通过感受反馈信号，利用自身策略调节神经活动，改善大脑网络功能，从而提高认知功能与行为表现。

图8.1　基于脑电信号的视觉神经反馈系统（书后附彩插）

神经反馈作为一种自我调节大脑活动的方法，可以通过主动调节来改变认知行为潜在的神经机制。目前，临床医学和脑科学界的神经反馈技术主要有以下三方面的应用：一是作为一种治疗工具，用于精神心理疾病和神经退行性疾病的辅助治疗；二是作为一种强化训练手段，提升健康参与者认知行为学表现；三是作为一种实验方法，研究特定神经活动与认知行为之间的因果作用。下面具体介绍神经反馈的原理与基本框架。