《神经反馈原理与实践》 - [美]Thomas F. Collura[托马斯 F. 科卢 - 电子工业出版社 - 香港大書城

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『簡體書』神经反馈原理与实践

書城自編碼： 3630870
分類：簡體書→大陸圖書→計算機/網絡→人工智能
作者： [美]Thomas F. Collura[托马斯 F. 科卢
國際書號(ISBN)： 9787121371851
出版社：电子工业出版社
出版日期： 2021-05-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开釘裝：精装

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編輯推薦：

用简单但功能强大的神经反馈训练方法提升自我能力，助力脑机协同训练发展，真正实现人工智能。

內容簡介：

本书是一部阐述基于脑电的神经反馈科学原理和技术基准的著作，兼具完整性与权威性。本书内容分为2部分，第1部分主要介绍大脑节律如何反映主要的神经调节过程，以及用于神经反馈训练的大脑活动信息测量、处理和反馈原理、方法与实践；第2部分结合“自上而下”和“自下而上”的方法，论述了神经反馈的核心科学原理，以及神经反馈评估和治疗的临床经验与实践。本书适合神经调控、认知与心理调控、脑机智能融合等方向的高年级本科生、硕士和博士研究生。同时，本书可启发并指导神经反馈应用于：神经和精神疾病的防治与康复，尤其是对认知和心理障碍的干预；健康个体的认知与行为表现的提升和优化、情绪调节能力的提升、脑机协同训练和学习等实践。

關於作者：

Thomas F. Collura （托马斯 F. 科卢拉），博士，智慧脑（BrainMaster）科技公司的创始人兼总裁，俄亥俄州贝德福德脑健康中心主任，国际神经反馈和研究学会（ISNR）的前任主席，应用心理生理学和生物反馈协会（AAPB）EEG分部前任主席，曾在AT＆T贝尔实验室、克利夫兰诊所神经病学部、凯斯西储大学和Picker X-射线公司（现为西门子医疗系统公司）担任教职。主要研究方向为大脑诱发电位、硅集成电路、癫痫脑电图谱、定量脑电图和神经反馈。
伏云发，中国科学院研究生院、中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室博士，副教授。昆明理工大学脑信息处理与脑机交互融合控制学科方向团队负责人。主要从事：（1）智能自主机器人控制理论、方法及创新应用；（2）现代信号处理和模式识别理论、方法及创新应用（应用于生物医学信号处理和特征识别）；（3）脑信息处理与脑-机交互控制和通信（Brain Information Processing and Brain-machine Interaction Control and Communication ）的理论、方法、模型及创新应用；（4）脑功能神经成像、脑网络连通性计算与脑-计算机接口（Brain Functional Neuroimage， Brain network connectivity and Brain-computer Interface）及创新应用；（5）实验心理学与行为学（Experimental Psychology and Behavioral Science）及创新应用。

第1章概述 1
1.1 神经反馈的定义 1
1.2 主要的心理健康干预措施及其特点 3
1.3 EEG信号的产生 4
1.3.1 大脑皮层的锥体细胞产生电位 4
1.3.2 EEG信号幅度反映局部的同步 5
1.3.3 测量的大脑节律反映了激活和抑制时的调节机制 5
1.3.4 EEG信号在大脑内的容积传导 6
1.4 EEG信号的测量 6
1.4.1 在头部放置传感器 6
1.4.2 使用差分放大器 7
1.4.3 放大器的性能指标：输入阻抗和共模抑制比 7
1.4.4 信号特性：频率和振幅 7
1.5 EEG信号的处理 8
1.5.1 数字化：采样率和分辨率 8
1.5.2 快速傅里叶变换就像一个“棱镜” 8
1.5.3 数字滤波就像一个“有色透镜” 8
1.6 相干性和同步性 9
1.6.1 由反馈训练的阈值和方案设置决策点 9
1.6.2 通过数据存储保存信号和结果 10
1.6.3 统计数据为信息评估和决策提供依据 10
1.7 如何将EEG信息反馈给受训者 10
1.7.1 图像／文本显示提供视觉反馈 11
1.7.2 声音提供听觉反馈 11
1.7.3 触觉反馈和其他反馈 11
1.8 受训者须知 12
1.9 大脑中发生了什么 12
1.9.1 自动调节 12
1.9.2 操作性条件反射 13
1.9.3 想要保持安静、集中注意力和放松 13
1.9.4 增强后同步化 13
1.9.5 经典条件反射和其他机制 14
1.10 非自主性技术 14
1.10.1 颅电刺激 14
1.10.2 光刺激 15
1.11 神经反馈的结果 15
1.11.1 神经反馈是一个学习过程 15
1.11.2 神经反馈可以实现特定的生理变化 16
1.11.3 神经反馈既是一门技艺，又是一门科学 16
1.12 神经反馈是否会造成伤害 17
1.13 神经反馈的临床应用 19
第2章 EEG信号和节律的神经生理起源 23
2.1 偶极子源和突触后电位 24
2.1.1 泊松方程 25
2.1.2 偶极子场的测量 25
2.2 EEG信号在头皮处变模糊：来自侵入式记录的证据 29
2.3 神经动力学基础 33
2.4 混沌与脑动力学：一种简化的视角 37
2.4.1 神经反馈的EEG动力学观测 37
2.4.2 基本模型 38
2.4.3 一种EEG波模型：进入动作状态 39
2.4.4 生理模型及其在神经活动中的应用 41
2.4.5 神经元汇集的重要性：时间一致性 43
2.4.6 向混沌的转变 44
2.4.7 建立临床实用模型 45
2.4.8 训练应用：阶段——初级突触训练 46
2.4.9 训练应用：第二阶段——次级突触训练 46
2.4.10 总结 47
2.5 大脑和皮层的功能解剖结构 48
2.6 直流（DC）和慢变皮层电位（SCP） 49
第3章 EEG仪器及其测量 56
3.1 引言 56
3.2 差分放大器 57
3.3 10—20系统 63
3.4 EEG电极材料 64
第4章 EEG信号数字化与处理 68
4.1 采样原理 71
4.1.1 采样分辨率 71
4.1.2 采样率 71
4.1.3 窗（数据段）大小和频率分辨率 72
4.1.4 频率混叠和频谱泄露 72
4.2 联合时频分析（JTFA） 73
4.3 数字滤波器 74
4.3.1 数字滤波器带宽、类型与阶数 75
4.3.2 正交滤波器 76
4.4 持续奖励准则 78
4.5 不应期 78
第5章 EEG信号成分及其性质 81
5.1 ? 节律 82
5.2 ? 节律 83
5.3 ? 节律 84
5.4 ? 节律 86
5.5 ? 节律 89?
5.6 DC和SCP的频率 90
5.7 亚慢频电位 91
第6章基于连通性的EEG生物反馈 92
6.1 相干性 92
6.2 相干性和相位的类比 94
6.3 谱相关系数 97
6.4 同步性 99
6.5 同调性 100
6.6 不对称性 101
6.7 相位 101
6.8 信号之和 102
6.9 利用压缩谱阵列模型显示双导联EEG信号和／差结果 104
第7章神经反馈训练方案基础 111
7.1 标准训练方案 111
7.1.1 “警觉度”训练方案 111
7.1.2 “专注度”训练方案 111
7.1.3 “表现”训练方案 112
7.1.4 “放松”训练方案 112
7.1.5 “敏锐度”训练方案 112
7.1.6 “深入度”训练方案 113
7.2 “挤压”方案 115
7.3 多重抑制方案 115
7.3.1 重叠频段的使用 116
7.3.2 多重阈值 116
7.4 亚慢频和超慢频训练方案 116
7.5 同步性训练 117
7.5.1 单人同步性训练 117
7.5.2 单人双导联同步性训练 118
7.5.3 单人和／差导联训练 118
7.5.4 单人四导联同步性训练 120?
7.6 双人模式 120
7.6.1 双人双导联同步性训练 121
7.6.2 双人四导联同步性训练 122
7.7 应用聚焦——应用于表现的神经反馈 123
7.8 基本注意事项 124
7.9 ? 放松 125
7.10 ? 相干性 125
7.11 集中训练方案 126
7.12 低频抑制“挤压”训练 127
7.13 宽带“挤压”训练 128
7.14 ? /? 训练 128
7.15 光刺激、听觉刺激和电磁刺激 129
7.15.1 光刺激 129
7.15.2 触觉刺激——“接触器”振动触觉垫 129
第8章实时Z分数训练 131
8.1 与Z分数和人群统计数据有关的一些重要概念 135
8.2 瞬时Z分数和静态Z分数 136
8.3 多变量训练——ZOK比率 139
8.4 多变量实时Z分数训练结果 142
8.5 Z ：下一代LZT训练软件 149
8.6 Z柱状图 154
8.7 Z 地形图 155
8.8 Z分数训练的理念：在灵活性、适当性与被卡住之间寻找平衡 157
第9章 LORETA（溯源）神经反馈 158
第10章光刺激和非自主（意志）性神经反馈 163
第11章实践中的神经反馈 179
第12章疗程管理和控制 184
第13章 MINI-Q评估和训练方法 190
13.1 四导联传感器位置方案的功能分析及利用实时Z分数 192
13.2 MINI-Q Ⅱ位置方案1——“记忆和规划” 193
13.3 MINI-Q Ⅱ位置方案2——“视觉和规划” 194
13.4 MINI-Q Ⅱ位置方案3——“执行和表达” 195
13.5 MINI-Q Ⅱ位置方案4——“感知和理解” 196
13.6 MINI-Q Ⅱ位置方案5——“注意和感知” 197
13.7 MINI-Q Ⅱ位置方案5a——“记忆和感知” 198
13.8 MINI-Q Ⅱ位置方案6——“视觉和行为” 199
13.9 MINI-Q Ⅱ位置方案7——“规划和表达” 200
13.10 MINI-Q Ⅱ位置方案8——“理解和执行” 201
参考文献 203

內容試閱：

前言
本书较为完整地叙述了神经反馈（主要是基于脑电的神经反馈）的技术基础，涵盖了生物学、物理学、电子学、生物医学信号分析、计算机及学习理论等多方面的专业知识，阐述了大脑信号的神经电生理学起源，以及大脑信号的记录、处理和反馈等概念。这些内容能够帮助读者理解大脑信号从何而来，了解如何将其应用于神经反馈设备。本书还探讨了大脑节律的基本生理机制，以及这些节律在神经反馈训练过程中可能发生的改变。这些改变可能体现在正在进行的连续测量（脑电信号）中，也可能体现在受训者的行为、自我报告的想法及自身的感受上。神经反馈从业者可以从临床背景出发研究这些改变，从而拓展自身的实践经验或技术基础。
神经反馈是建立在可靠的科学原理基础上的，80多年的基础研究和临床实践已经很好地确立并证明了这些原理。本书概述了这些关于神经反馈的重要原理，为希望获得更多详细信息和支持的读者提供了参考。总的来说，神经反馈的原理非常容易理解。首先，通过记录的电信号能够测量和识别大脑状态；然后，通过简易的仪器计算，能够进一步引导受训者的大脑达到并保持理想的状态；终，大脑能够完成学习和改变，在适当的训练设备和指导下，这种学习和改变能够产生深远且有益的影响。本书刚刚开始探索这种简明易懂但功能强大的方法，研究其在个人评估、临床干预和自我提升方面的能力。
神经反馈的核心体现了神经元自我调节和再学习的过程，引导大脑找到新的有益状态及新的有益处理信息和情感的方法。然而，这绝不是一种“弱”干预，它在许多情况下能够像药物一样有效，而且副作用较小甚至没有副作用。神经反馈可以广泛应用于焦虑症、抑郁症、注意力缺陷障碍/注意力缺陷多动障碍（ADD/ADHD）、创伤后应激障碍（PTSD）、酗酒/成瘾及孤独症谱系障碍（包括阿斯伯格综合征）、学习障碍、阅读障碍和癫痫等疾病的治疗。在临床疗效方面，感兴趣的读者可以参考一些经典的文献，包括Arns等（2009）、Budzynski等（2005）、Coben和Evans（2011）、Kropotov（2009）和Larsen（2012）等学者的相关论著。神经反馈也可应用于非临床环境，包括体育、表演艺术和学业（技能）熟练程度的进一步优化和提升，在这些环境中，这种应用被称为“表现”“心理健康”“功能”训练（Singer，2004；Ros等，2006）。
本书的素材来自曾经举办过的神经反馈主题研讨会，在过去的十年间，作者与该领域的其他资深教育工作者一起，讲授了数十次这些内容。这个研讨会于2001年首次举办，起源于从业者的需求，他们需要理解神经反馈疗法（Neurofeedback Therapy）这种临床技术背后的科学基础。这些从业者包括（但不限于）心理学家、精神病医生、咨询师、社会工作者、家庭治疗师、按摩治疗师、护士和职业治疗师。在国际神经反馈和研究学会（ISNR）、应用心理生理学和生物反馈协会（AAPB）、各地区生物反馈学会、智慧脑（BrainMaster）科技公司和压力疗法解决方案公司（均位于俄亥俄州贝德福特）的赞助下，作者已向数百名从业者展示了该研讨会的内容。通过长期的听众反馈和修改，现在的内容已经足够支持长达一周的教学，同时保证内容具有足够的科学性和技术性。为了解决授课资料过多、学员难以在短期内掌握所有内容的问题，特将所有材料汇编整理成书，供从业者和研究者学习参考。
希望新的从业者和经验丰富的专家都能从本书中发现有用、相关且有趣的内容。作为一个系统完整的著作，这些材料可提供适合自学的指导，也可作为课程教材。作为参考资料，它包含了许多关键原则的细节和说明，可根据需要用于解答具体问题。总的来说，本书的目的是把神经反馈放在一个客观和科学的框架上，这样就可以把它理解、实践并接受为一种基于实证的神经调节过程。
神经反馈作为一种治疗神经/精神疾病和改变认知与心理状态的手段，其应用潜力才刚刚开始被人们认识到。就像发明航空业的“巡回演出者”或开创早期计算的“黑客”一样，过去几十年来，神经反馈学界拥有具有奉献精神、富有创造力和思想开放的成员，他们拒绝被传统束缚。必须注意的是，对于实践神经反馈的技能、反馈系统的设计或训练疗程的安排，可能没有直接适用的参考文献，必须根据临床经验来确定。本书只提供了一些关于神经反馈技术的信息，而非一种强制性的技术要求。
Thomas F. Collura
译者序
神经反馈（Neurofeedback）是生物反馈（Biofeedback）的一种，神经反馈包括中枢神经反馈和非中枢神经反馈。从采用的信号来看，中枢神经反馈分为基于脑电（Electroencephalogram，EEG）的神经反馈（EEG神经反馈）、基于功能磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）的神经反馈（fMRI神经反馈）、基于功能近红外光谱（Functional Near-Infrared Spectroscopy，fNIRS）的神经反馈（fNIRS神经反馈）、基于神经元脉冲发放（Spikes）的神经反馈（Spikes神经反馈）等。本书主要聚焦论述EEG神经反馈，为行文简洁起见，如无特别声明，以下及正文统一用神经反馈，均指基于脑电的神经反馈。
神经反馈既是脑科学研究和应用的重要内容之一，又可以启发新型人工智能和脑机智能融合（Brain-Computer Intelligent Fusion，BCIF）的相关研究。该技术是一种基于中枢神经活动的生物反馈技术，通过视觉、听觉或触觉等反馈形式将神经活动（如EEG、fMRI等）实时反馈给用户，并运用操作性条件反射原理使用户学会自主增强或抑制神经活动，以期改善相应的脑功能或行为表现。诸多研究表明，神经反馈在人类大脑发育、成熟、学习、智力和知识的增长等方面具有重要的作用。当前，神经反馈已经成为一种重要的无创神经调控（Neuromodulation）手段，在增强用户认知和行为表现，以及干预神经或精神疾病（特别是对认知和心理障碍的干预）等方面显示出了独特优势。同时，神经反馈也是脑机交互（Brain-Computer Interaction，BCI）的重要组成部分和关键技术，可训练用户学习控制自己的脑活动以产生并强化驱动BCI系统的脑信号特征。为推动国内神经反馈的研究和应用，译者特翻译本书。
《神经反馈原理与实践》是Technical Foundations of Neurofeedback的中文版。原书作者为Thomas F. Collura（托马斯F. 科卢拉）博士，他是智慧脑（BrainMaster）科技公司的创始人兼总裁、美国俄亥俄州贝德福特脑功能增强中心主任、国际神经反馈和研究学会（International Society for Neurofeedback and Research，ISNR）前任主席、应用心理生理学和生物反馈协会（Association for Applied Psychophysiology and Biofeedback，AAPB）EEG分部前任主席。他曾在AT＆T贝尔实验室、克利夫兰诊所神经学部、皮克X-射线公司（现为西门子医疗系统）担任教职，并在脑诱发电位、硅集成电路、癫痫脑电图谱、定量脑电图（Quantitative EEG，QEEG）和神经反馈等领域进行了研究和开发，同时在脑电领域与伊利诺伊大学、孟菲斯州立大学和布朗大学等合作。
本书是首部较为完整地阐述基于脑电的神经反馈科学原理和技术标准的专著，兼具完整性与权威性。首先，从脑电节律的生理起源开始，描述了从头皮测量大脑活动的原理基础，并详述了大脑节律如何反映主要的大脑调节过程；然后，在前人研究的基础上，进一步发展了用于神经反馈训练的大脑活动信息测量、处理和反馈的理论和实践；后，结合“自上而下”和“自下而上”的方法，论述了神经反馈的核心科学原理、当前神经反馈评估和治疗的临床经验与实践。本书的结构和详细内容如下。
第1部分主要介绍神经反馈的基础和相关的EEG信号原理、方法和技术，包括第1～5章，具体为：
（1）概述，包括神经反馈的定义、类型、反馈结果和临床应用等（第1章）；
（2）EEG信号和节律的神经生理起源（第2章）；
（3）EEG仪器及其测量，包括采集EEG信号的差分放大器和EEG电极材料（第3章）；
（4）EEG信号数字化与处理，包括对连续EEG信号进行数字化及滤波等处理（第4章）；
（5）EEG信号成分及其性质，包括节律（?节律、?节律、?节律和?节律、? 节律）、静息电位、皮层慢电位及亚慢电位的特性（第5章）。
第2部分主要论述神经反馈的核心科学原理与实践指南，包括第6～13章，具体为：
（1）基于连通性的EEG神经反馈，包括各个连通性指标的意义及计算方法（第6章）；
（2）神经反馈训练方案基础（第7章）；
（3）采用实时Z分数的神经反馈，包括Z分数的概念，以及实时Z分数训练的原理和方法（第8章）；
（4）基于溯源的神经反馈的概念、思想和原理（第9章）；
（5）光刺激与非自主性神经反馈（第10章）；
（6）实践中的神经反馈（第11章）；
（7）疗程（Session）管理和控制（第12章）；
（8）BrainMaster MINI-Q神经反馈系统的评估和训练方法（第13章）。
神经反馈的研究及应用是一个重要的热点方向，其早应用于临床疾病的治疗，到目前为止，在临床上已被应用于儿童注意缺陷多动障碍（Attention Defcit/Hyperactivity Disorder，ADHD）、精神分裂症、失眠、学习障碍、成瘾、自闭症、癫痫、抑郁、焦虑、疼痛管理、创伤后应激障碍（Post-Traumatic Stress Disorder，PTSD）11种神经或精神疾病／缺陷的预防、治疗和康复。神经反馈除了可用于干预认知和心理障碍，也可用于提升和优化健康人的认知与行为表现及情绪调节能力。因此，本书可供

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