CN114007494A - 通过意识启动效应检测和调制用户精神状态的非侵入式***和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种非侵入式***和方法。当用户暴露于外部刺激时，使用非侵入式脑接口来检测用户的脑活动。基于检测到的脑活动，用户被确定为被外部刺激消极启动。自动提供用户正受到外部刺激的消极启动的警报。响应于确定用户具有消极精神状态，可以自动向用户提供经标记训练会话，从而促进用户的积极精神状态。可以基于用户的所确定精神状态来自动修改包含经标记训练会话的训练会话列表。

Description

通过意识启动效应检测和调制用户精神状态的非侵入式*** 和方法

相关申请数据

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2019年6月11日提交的第62/859,880号美国临时申请以及2019年8月23日提交的第62/891,128号美国临时申请的权益，其均通过引用而被明确并入本文。

技术领域

本发明涉及人体中的非侵入式测量的方法和***，特别是涉及通过感知启动效应检测人类的精神状态并而提供该精神状态的神经反馈的方法和***。

背景技术

已知，意识到人的潜意识心理状态，如焦虑、专注、注意力、创造力、对经历或物体使用的积极或消极反映/态度、某些关键认知脑区的使用等，可能会导致更好的情感情绪调节以及更客观的决策。然而，有意识的神志通常对潜意识精神状态不能接近或不能意识到。因此，如果人员在生活或工作经历的背景下具有消极或不健康精神状态(例如，焦虑)，该人员可能不意识到到这种精神状态，因此，将无法采取纠正措施(例如，修改或创造新的生活或工作经历)来缓解或改变这种精神状态。

作为一个特定示例，在日常生活中，人经常会受到启动效应，即使一个人暴露于一个刺激以影响该人员对后续刺激的反应，而没有有意识指导或意图(参见https://en.Wikipedia.org/wiki/Priming_(psychology)；http://blog.motimetrics.com/What-is-Priming-A-Psychological-Look-at-Priming-Consumer-Behavior)。启动作用于人类记忆中与词语和物体的知觉识别有关的非意识形式并在执行动作或任务之前激活记忆中的特定表征或关联。例如，看到词语“黄色”的人会稍微更快地意识到词语“香蕉”，这是因为“黄色”和“香蕉”的概念在记忆中被紧密关联。启动可以用于以积极和消极两种方式来训练人的记忆(参见https://www.psychologytoday.com/us/basic/priming)。

启动效应是广告、政治传播、宗教信息或其他类型的社会、环境和培训传播的基础，这些传播旨在影响、操纵或利用消费者/听众的消费者/听众所通常不知晓的行为(例如，通过靶向恐惧、社会地位比较、劣势地位或靶向其他类型的情绪或比较)。在这方面，启动可以被认为对受到启动影响的人具有消极影响。事实上，许多销售和营销人员都受训对消费者/听众身采用各种启动技术(参见Lintelle,P，“Sensory Marketing Aspects:Priming,Expectations,Crossmodal Correspondence&More”，Book Review,The Journalfor Decision Makers)。

因此，社会中存在如下社会规范：任何参与启动的人都可以说其想要说的任何话而不会产生任何后果，即通过启动任何事情。缺乏对社会如何通过通常基于日常进行启动而被欺骗、操纵、影响、剥削或掠夺的意识可能会对个人的日常行为、行动和决定产生戏剧性影响，这是由于该个人不会意识到这种消极策略。

已经提出了神经反馈，其呈使用脑活动的实时调制来增强脑功能和行为表现的生物反馈形式(参见Enriquez-Geppert、Stefanie等，“EEG-Neurofeedback as a Tool toModulate Cognition and Behavior:AReview Tutorial”，Frontiers in HumanNeuroscience(2017年2月)；Orndorff-Plunkett,F等，“Assessing the Effectiveness ofNeurofeedback Training in the Context of Clinical and Social Neuroscience”，Brain Sci.,7,95(2017)；以及Marzbani，H，“Neurofeedback:A Comprehensive Review onSystem Design,Mythology and Clinical Applications”，Basic and ClinicalNeuroscience,”7(2),143-158(2016))，如下:

(1)治疗工具，其用于使患者的偏离脑活动正常化以影响症状(例如，改善患有神经疾病或痛苦的人员的注意力，例如老年人的阿尔茨海默病或血管性痴呆、帕金森病以及儿童的注意缺陷多动障碍(ADHD)(参见Jiang,Y等,“Tuning Up the Old Brain with NewTricks:Attention Training via Neurofeedback”，Frontiers in Aging Neuroscience,2017年3月13日；Bussalb,A等,“Clinical and Experimental Factors Influencing theEfficacy of Neurofeedback in ADHD:A Meta-Analysis”，Frontiers in Psychiatry,Volume10,Article 35(2019年2月)、中风后恢复(参见Pfurtscheller,G等,“FutureProspects of ERD/ERS in the Context of Brain-Computer Interface(BCI)Developments”，Prog.Brain Res.159,433-437(2016)、***使用障碍(CUD)(参Kirschner,M等,“Self-Regulation of the Dopaminergic Reward Circuit in CocaineUsers with Mental Imagery and Neurofeedback”，EBioMedicine 37(2018)489-498)，以及各种其他疾病)、抑郁(Fitzgerald,P等,“Gamma Oscillations as a Biomarker forMajor Depression:an Emerging Topic”，Translational Psychiatry(2018)8:177)、饮食失调(Imperatori,C等,“Feedback-Based Treatments for Eating Disorders andRelated Symptoms:ASystematic Review of the Literature”，Nutrients,10,1806(2018))；

(2)所谓的巅峰表现训练，其用于增强健康参与者的认知表现和情绪调节(参见Gruzelier,“EEG-Neurofeedback for Optimizing Performance.III:AReview ofMethodological and Theoretical Considerations”，Neurosci.Biobehav.Rev.44,159-182(2014)；Dekker,M.K.等,“The Time-Course of Alpha Neurofeedback TrainingEffects in Healthy Participants”，Biol.Psychol.95,70-73(2014)；Wang,J.R.等,“Neurofeedback Training Improves Attention and Working Memory Performance”，Clin.Neurophysiol,124,2406-2420(2013)；Johnston,S.J.等，“Neurofeedback:APromising Tool for the Self-Regulation of Emotion Networks”，Neuroimage,49,1066-1072(2010)；Lorenzetti,V等，“Emotion Regulation Using Virtual Environmentsand Real-Time fMRI Neurofeedback”，Frontiers in Neurology,Vol.9,390(2018))；以及

(3)实验方法，其用于研究特定神经事件(如脑振荡)对认知和行为的因果作用(Jensen,O.等，“Using Brain-Computer Interfaces and Brain-State DependentStimulation as Tools in Cognitive Neuroscience”，Front.Psychol.(2011)；vanSchie,H.T.等，“Neurofeedback as an Experimental Technique:Controlled ThetaOscillations Modulate Reaction times in a Sternberg Working Memory Task”，Conference Program and Abstracts(2014)；Guhathakurta,D.等,“ComputationalPipeline for NRIS-EEG Joint Imaging of tDCS-Evoked Cerebral Responses—AnApplication in Ischemic Stroke”，Front.Neurosci,10:261(2016)；Royter,V.等，“Brain State-Dependent Closed-Loop Modulation of Paired AssociativeStimulation Controlled by Sensorimotor Desynchronization”，Front.Cell.Neurosci.(2016))

应用于神经反馈会话的现有技术包括通过测量脑电活动实现总体状态意识，例如脑电图(EEG)(例如参见Jiang,Y等，“Tuning Up the Old Brain with New Tricks:Attention Training via Neurofeedback”，Frontiers in Aging Neuroscience,2017年3月13日)或功能磁共振成像(fMRI)(例如参见Lorenzetti,V等，“Emotion RegulationUsing Virtual Environments and Real-Time fMRI Neurofeedback”，Frontiers inNeurology,Vol.9,390(2018))。

然而，EEG和fMRI受限于其形状因子并且对空间分辨率有限制，因此，不能在正常的生活和工作环境中有效地向用户提供必要的神经反馈会话。特别是，fMRI需要将大磁体封装在患者躺于其内的隧道管式外壳内(类似于磁共振成像(MRI)机器)，已知这会导致幽闭恐怖症，并因此不能缩放至可穿戴或便携形状因子。为了获得信号，由于电极需要“湿润”以桥接皮肤和EEG电极之间的间隙，因此EEG电极需要使用“导电凝胶”。此外，为了进行有效的EEG记录，需要EEG电极与用户的颅骨直接接触。周知，由于来自颅骨和其他脑组织的噪音，EEG信号失真。此外，当穿戴EEG装置时，用户通常经受压力和不适，并且由于已知凝胶对头发和颅骨具有粘合作用，因此从用户的头发上去除凝胶通常需要特定清洗溶液。

此外，目前提出的神经反馈技术没有解决由没有考虑到用户的最佳利益的第三方所引起的启动效应，例如广告商或销售员。事实上，由于EEG和fMRI由于上述原因而不能有效地用于正常的生活和工作环境，因此这些技术不适于解决这种启动效应，而这种启动效应主要发生在正常生活环境中(例如，当用户(a)在商店、购物中心、机场航站楼、游乐园、酒店公共区域和大厅、饮食机构周围行走时；通勤，例如上下班或上下学并暴露于街道广告牌，公共终点站、长椅和交通工具(公共汽车、火车、出租车等)上的广告；(c)观看或收听电视和广播节目；(d)网上冲浪)。

因此，仍然需要使人员有意识地意识到第三方何时启动该人员并调节该人员作为这种启动的结果的任何消极精神状态，使得该人员可以更好地调节他或她的情绪或做出更客观决定。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种非侵入式防启动***包括：非侵入式脑接口组件，其被构造为当用户暴露于外部刺激(例如，广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种)时检测用户的脑活动。在一个实施例中，非侵入式脑接口组件是光学测量组件。在另一实施例中，非侵入式脑接口组件是磁性测量组件。非侵入式脑接口组件可以包括，例如，至少一个检测器，其被构造为检测来自用户的脑的能量；以及处理电路，其被构造为响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。非侵入式脑接口组件可以包括承载至少一个能量源的头戴式单元；以及承载处理电路的辅助非头戴式单元。

非侵入式防启动***还包括至少一个处理器，其被构造为基于检测到的脑活动来确定用户正被外部刺激消极启动。在一个实施例中，一个或多个处理器被构造用于通过基于检测到的脑活动确定用户具有消极精神状态(例如，焦虑和恐惧中的一个)来确定用户正被外部刺激消极地启动。一个或多个处理器可以被构造为利用消极精神状态进行编程。

非侵入式防启动***还包括生物反馈组件，其被构造为自动提供用户正被外部刺激消极启动的警报。在一个实施例中，生物反馈组件被构造为通过外周体感向用户提供/传达指示用户的所确定精神状态的振动信号。振动信号可以用一个或多个消息编码。在另一实施例中，生物反馈组件被构造为向用户提供/传达音频或视觉警报信号。

在可选实施例中，生物反馈组件还被构造为自动向用户提供神经反馈，该神经反馈响应于处理器确定用户正被外部刺激消极启动而促进用户的积极精神状态(例如，喜悦、放松和认知状态中的一个)。一个或多个处理器可以被构造为利用积极精神状态进行编程。神经反馈可以包括训练会话，例如，促进用户积极精神状态的指导媒体和/或被赋予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练。在一个实施例中，生物反馈组件包括被构造为自动向用户提供神经反馈的不可穿戴***反馈装置，以及被构造为自动向用户提供警报的可穿戴反馈装置。

根据本发明的第二方面，一种校正对用户的消极启动的方法包括当用户暴露于外部刺激(例如，广告、社交或政治消息以及销售策略中的一种)时使用非侵入式脑接口检测用户的脑活动。在一种方法中，脑活动被光学检测。在另一方法中，脑活动被磁性检测。可以例如通过检测来自用户的脑的能量来检测用户的脑活动并响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。

该方法还包括基于检测到的脑活动确定用户正被外部刺激消极启动。在一种方法中，确定用户正受到外部刺激消极启动包括基于检测到的脑活动确定用户具有消极精神状态(例如，焦虑和恐惧中的一个)。

该方法还包括自动提供用户正被外部刺激消极启动的警报。在一种方法中，向用户自动提供警告包括通过外周体感向用户提供/传达指示用户的所确定精神状态的振动信号。振动信号可以用一个或多个消息编码。在另一方法中，自动向用户提供警报包括向用户提供/传达音频或视觉警报信号。

一种可选方法还包括自动向用户提供神经反馈，该神经反馈响应于处理器确定用户正由外部刺激所消极启动而促进用户的积极精神状态(例如，喜悦、放松和认知状态中的一个)。神经反馈可以包括训练会话，例如，促进用户的积极精神状态的指示媒体和/或被赋予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练。

根据本发明的第三方面，一种非侵入式***包括被构造用于检测用户的脑活动的非侵入式脑接口组件。在一个实施例中，非侵入式脑接口组件是光学测量组件。在另一实施例中，非侵入式脑接口组件是磁测量组件。非侵入式脑接口组件可以包括例如至少一个检测器，其被构造为检测来自用户的脑的能量；以及处理电路，其被构造为响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。非侵入式脑接口组件可以包括承载至少一个能量源的头戴式单元；以及承载处理电路的辅助非头戴式单元。

该非侵入式***还包括至少一个处理器，其被构造为基于检测到的脑活动来确定用户的消极精神状态(例如，焦虑和恐惧中的一个)。在可选实施例中，一个或多个处理器还被构造为基于用户的所确定消极精神状态来确定用户正被外部刺激(例如，广告、社交或政治消息以及销售策略中的一种)消极地开启。处理器可以被构造为利用消极精神状态进行编程。

该非侵入式***还包括生物反馈组件，其被构造为响应于用户的所确定消极精神状态自动向用户提供训练会话(例如，促进用户的积极精神状态的指示媒体和/或被赋予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练)，从而促进用户的积极精神状态(例如，喜悦、放松和认知状态中的一个)。一个或多个处理器可以被构造为利用积极精神状态进行编程。在可选实施例中，一个或多个处理器还被构造为选择多个训练会话列表中对应于积极精神状态的训练会话列表并且响应于用户的所确定消极精神状态而从所选择的训练会话列表中自动向用户提供经标记训练会话。

根据本发明的第四方面，一种促进用户的积极精神状态的方法包括使用非侵入式脑接口检测用户的脑活动。在一种方法中，脑活动被光学检测。在另一方法中，脑活动被磁性检测。可以例如通过检测来自用户的脑的能量来检测用户的脑活动并响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。

该方法还包括基于检测到的脑活动确定用户具有消极精神状态(例如，焦虑和恐惧中的一个)。可选方法还包括基于用户的所确定消极精神状态确定用户正被外部刺激(例如，广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种)消极启动。

该方法还包括响应于所确定的用户的消极精神状态自动向用户提供经标记训练会话(例如，促进用户的积极精神状态的指示媒体和/或被赋予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练)，从而促进用户的积极精神状态(例如，喜悦、放松和认知状态中的一个)。可选方法还包括选择多个训练会话列表中对应于经编程积极精神状态的一个训练会话列表。在这种情况下，响应于用户的所确定消极精神状态，从所选择训练会话列表中自动向用户提供经标记训练会话。

根据本发明的第五方面，一种非侵入式***包括被构造为向用户提供训练会话列表的生物反馈组件；以及被构造为在生物反馈组件向用户提供训练会话列表中的经标记训练会话(例如，促进用户积极精神状态的指示媒体和/或给予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练)时检测用户的脑活动的非侵入式脑接口组件。在一个实施例中，非侵入式脑接口组件是光学测量组件。在另一实施例中，非侵入式脑接口组件是磁性测量组件。非侵入式脑接口组件可以包括例如至少一个检测器，其被构造为检测来自用户的脑的能量；以及处理电路，其被构造为响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。非侵入式脑接口组件可以包括承载至少一个能量源的头戴式单元以及承载处理电路的辅助非头戴式单元。

该非侵入式***还包括至少一个处理器，其被构造为基于检测到的脑活动来确定用户的精神状态，并且基于用户的所确定精神状态来自动修改训练会话列表。在一个实施例中，训练会话列表对应于期望精神状态，例如积极精神状态，例如喜悦、放松和认知状态。在这种情况下，如果所确定精神状态与期望精神状态匹配，则一个或多个处理器可以被构造为自动修改训练会话列表以将经标记训练会话保留在训练会话列表中和/或在训练会话列表中包括与经标记训练会话具有相同属性的更多训练会话，并且如果所确定精神状态与期望精神状态不匹配，则一个或多个处理器可以被构造用于自动修改训练会话列表以从训练会话列表中丢弃经标记训练会话和/或在训练会话列表中包括与经标记训练会话具有相同属性的更少训练会话。

根据本发明的第六方面，一种定制训练会话列表的方法包括向用户提供训练会话列表中的经标记训练会话(例如，促进用户积极精神状态的指示媒体和/或给予用户以促进用户的积极精神状态的精神训练)。该方法还包括在向用户同时提供经标记训练会话时，使用非侵入式脑接口检测用户的脑活动。在一种方法中，脑活动被光学检测。在另一方法中，脑活动被磁性检测。可以例如通过检测来自用户的脑的能量检测用户的脑活动并响应于检测到来自用户的脑的能量来识别脑活动。

该方法还包括基于检测到的脑活动确定用户的精神状态并基于用户的所确定精神状态自动修改训练会话列表。在一种方法中，训练会话列表对应于期望精神状态，例如积极精神状态，例如喜悦、放松和认知状态。在这种情况下，如果所确定精神状态与期望精神状态匹配，则一个或多个处理器可以被构造为自动修改训练会话列表以将经标记训练会话保留在训练会话列表中和/或在训练会话列表中包括与经标记训练会话具有相同属性的更多训练会话，并且如果所确定精神状态与期望精神状态不匹配，则一个或多个处理器可以被构造为自动修改训练会话列表以从训练会话列表丢弃经标记训练会话和/或在训练会话列表中包括与经标记训练会话具有相同属性的更少训练会话。

通过阅读下文对优选实施例的详细描述，将使本发明的其他和进一步的方面和特征变得显而易见，这些描述旨在进行说明而不限制本发明。

附图说明

附图示出了本发明实施例的设计和实用性，其中相似元件由相同附图标记表示。为了更好地理解如何获得本发明的上述和其他优点和目的，将通过参考在附图中示出的本发明的具体实施例来呈现上面简要描述的本发明的更具体描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例并因此不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以额外特征和细节来描述和解释本发明，其中:

图1A是根据本发明的一个实施例构造的非侵入式防启动***的框图；

图1B是根据本发明的另一实施例构造的非侵入式防启动***的框图；

图2A-2E是由图1A和1B的非侵入式防启动***所修改的训练会话列表；

图3是示出图1A和1B的非侵入式防启动***的一种操作方法的流程图；

图4是图1A和1B的非侵入式防启动***的一个具体实施例的视图；

图5是图1A和1B的非侵入式防启动***的另一具体实施例的视图；

图6A-6D示出了与图5的***一起使用的示例性非侵入式可穿戴装置；

图7是图1A和1B的非侵入式防启动***的另一具体实施例的视图；以及

图8A-8C示出了与图7的***一起使用的示例性非侵入式可穿戴装置。

具体实施方式

与EEG***相比，本文描述的非侵入式防启动***使用更高保真度过程来从个体获取神经信号，并且不需要像fMRI***所需要的笨重或庞大的磁隧道管型外壳，因此可以以小型、便携式和可穿戴形状因子实现以供个体在正常生活和工作环境中使用。

为了本说明书的目的，“正常的生活和工作环境”是通常和普通的环境，因此，需要用户能够自由走动，而不受非侵入式防启动***或者非侵入式防启动***所联接至或以其他方式作为附属***的其他***的任何物理阻碍。因此，正常的生活和工作环境排除了用户不能自由移动的设置(例如，常规磁共振成像(MRI)机器或计算机断层摄影(CT)可以潜在地用于检测用户的神经活动并阻碍用户移动的任何临床设置)。在可替代实施例中，本文所述的非侵入式防启动***在适于非侵入式防启动***在正常生活和工作环境之外操作的情况下可以是非便携式的和/或不可穿戴的。

由本文所述的非侵入式防启动***获得的更高质量神经数据导致关于个体的脑中的各个区域如何共同进行响应的精细见解并产生关于对个体的脑启动效应的因果的新见解，实际上解码了第三方(例如广告商或销售员)试图完成的事情，从而揭示了其启动策略和战术。

因此，本文所描述的非侵入式防启动***可以确定个体(例如，职业运动员、学生、消费者、患有精神失常/障碍的任何人)何时被启动(例如，被欺骗、影响、操纵、剥削、掠夺等)并使个体意识到他或她正在被启动，使得个体将被更好地告知以便面对特定启动刺激(例如，广告、社会或政治信息或销售策略)时在触发个体的消极情绪之前或同时进行更好的判断，否则该消极情绪可能导致个体基于不期望的外部压力做出不明智决定。知道启动效应可以被非侵入式的反启动***检测到，个体甚至可以学会接受这种启动效应，并且通过使个体高度意识到他或她的精神状态来将这种启动作为一种优势。每个启动刺激都可以通过个体的脑信号来标记，从而通过启动策略对其标识并提供用户意识。

除了或替代使个体意识到他或她正在被启动，本文所述的非侵入式防启动***还可以在检测到对个体的启动效应之后向个体提供训练会话。每个训练会话可以针对个体的精神状态定制，即，以这样一种方式定制，即，当通过训练会话向个体提供神经反馈时，脑共振的方式被改变。也就是说，个体可以被置于更积极的精神状态，从而抵消其中启动效应可能已经以其他方式将启动效应置于个体的消极精神状态(例如，恐惧或焦虑)。个体可以有能力和选择性来通过选择各种不同定制训练课会话中的一个而选择将个人置于哪种积极精神状态。

因此，本文所述的非侵入式防启动***使竞争环境变得公平，使得社会不再被随意地消极启动(例如，欺骗、操纵、影响、剥削或掠夺)。

现在参考图1A和1B，将描述根据本发明构造的非侵入式防启动***10的一般实施例。非侵入式防启动***10包括被构造用于检测用户12的脑活动的非侵入式脑接口组件14。如下文将进一步详细讨论的，脑接口组件14可以是基于光学的、基于磁性的，或者基于能够使其通过用户12的完整皮肤和颅骨非侵入式地检测用户12的脑活动的任何其他形态，如下所述，并且被设计成由用户12穿戴。如下面将进一步详细讨论的，非侵入式脑接口组件14是便携式的，因为其可以由用户12穿戴。脑接口组件14被构造用于确定用户12是否正被外部刺激(例如，广告、社会或政治消息、或销售策略)启动，尽管该功能可以由非侵入式防启动***10中的其他处理组件来执行，如下面进一步详细描述的。启动用户12的外部刺激可以源自外部源，例如收音机或电视机，尽管在可替代实施例中，外部刺激实际上可以源自防启动***10本身的***部件，如下面详细讨论的。

可以通过以多种方式中的任何一种方式基于检测到的脑活动检测消极精神状态(例如，恐惧或焦虑)来确定用户12的启动。例如，脑接口组件14可以测量与焦虑针对放松相关联的某些频带比率。在一个实施例中，可以执行检测用户12的精神状态正在启动的单变量方法，即，可以在用户12的多个(例如，数千个)可分离的皮层模块中检测脑活动，并且可以单独且独立地分析从每个皮层模块获得的脑活动。在另一实施例中，可以执行检测用户12的精神状态的多变量方法，即，可以在用户12的多个(例如，数千个)可分离皮层模块中检测脑活动，并且可以一起评估从皮层模块获得的脑活动的完整空间模式。

多种数据模型中的任何一种都可以用于对用户12的精神状态进行分类并且将高度依赖于输入到数据模型上的脑活动的特征。脑活动的这种特征通常可以从捕获的时空脑活动中提取，并且可以包括例如信号的位置、位置内或横跨位置间的细粒度模式、信号的幅度、对行为的响应定时、信号的频带的幅值(采用时间序列的傅立叶变换)、频带的幅值比、同时捕获的两个或多个位置之间的信号时间序列之间的互相关、同时捕获的两个或多个位置之间的频谱相干性、最大化方差的分量、最大化非高斯相似性的分量等。必须参考单变量和多变量方法来考虑被选择输入到数据模型中的脑活动的特征，因为单变量方法例如聚焦于单个位置，因此不会利用与多个位置相关的特征。脑活动的特征可以从在日常生活中在思维和感知模式情况期间所记录的预处理原始数据中提取，这些情况的特征在于不断变化意识流。原始数据的预处理通常涉及对数据进行滤波(时域或频域)，以平滑、去除噪声并分离信号的不同分量。

选择数据模型将在很大程度上取决于数据是经标识的还是未标识的(意味着在检测到脑活动时是否知道用户正在做什么)，以及许多其他因素(例如，数据是否假设为正态分布，数据是否假设为线性关系，数据是否假设为非线性关系，等等)。模型可以包括例如支持向量机、期望最大化技术、朴素贝叶斯技术、神经网络、简单统计(例如相关性)、深度学习模型、模式分类器等。

这些数据模型通常利用一些训练数据初始化(意味着可以对用户执行校准程序以确定用户正在做什么)。如果不能获得训练信息，则可以基于先验知识启发式地初始化这种模型并且可以利用期望优化将达到某些最优最大或最小解而迭代地优化模型。一旦知道用户正在做什么，就可以查询神经活动的适当特征和适当模型。数据模型可以是分层的或分阶段的，使得例如第一模型集中于预处理数据(例如过滤)，下一模型集中于对预处理数据进行聚类以分离某些特征，这些特征可以被识别为与用户执行的已知活动相关联，然后下一模型可以查询单独模型以基于该用户活动来确定精神状态。

如下文将进一步详细描述的，可以通过向用户提供已知的生活/工作环境来获得用户的训练数据或先前知识。总之，这些模型可用于通过考虑平均活动的时间过程并基于从数据中提取的脑活动的特征中的恒定或自发波动来确定用户的精神状态而在自然或准自然(即，响应于向用户提供已知的生活/工作环境)和动态条件下跟踪精神状态和感知。

例如在实验室设置中已经被证明的一组数据模型可以初始被上传到非侵入式防启动***10，然后该***将使用上传的数据模型来确定用户的精神状态。可选地，非侵入式防启动***10可以在由用户实际使用期间收集数据，然后可以在单独的服务器中下载和分析这些数据，例如在实验室设置中，以创建新的或经更新的数据模型。可以包括新的或经更新的模型的软件升级可以被上传到非侵入式防启动***10以提供新的或经更新的数据建模和数据收集。

关于根据检测到的脑活动确定一个人的精神状态的更多细节可以在各种同行评议的出版物中找到。参见，例如，Lee,B.T.,Seok,J.H.,Lee.,B.C,Cho,S.W.,Chai,J.H.,Choi,I.G.,Ham,B.J.,“Neural correlates of affective processing in response tosad and angry facial stimuli in patients with major depressive disorder”，ProgNeuropsychopharmacol Biol Psychiatry,32(3),778-85(2008)；A.C.Felix-Ortiz,A.C.,Burgos-Robles,A.,Bhagat,N.D.,Leppla,C.A.,Tye,K.M.，“Bidirectional modulationof anxiety-related and social behaviors by amygdala projections to the medialprefrontal cortex”，Neuroscience 321,197-209(2016)；Beauregard,M.,Levesque,J.&Bourgouin,P.,“Neural correlates of conscious self-regulation of emotion”，J.Neurosci.(2001):21,RC165；Phan,K.L.,Wager,T.,Taylor,S.F.&Liberzon,I.,“Functional neuroanatomy of emotion:a meta-analysis of emotionactivationstudies in PET and fMRI”，Neuroimage,16,331–348(2002)；Canli,T.&Amin,Z.,“Neuroimaging of emotion and personality:scientific evidence andethicalconsiderations”，Brain Cogn.,50,414–431(2002)；McCloskey,M.S.,Phan,K.L.&Coccaro,E.F.,“Neuroimaging and personality disorders”，Curr.Psychiatry Rep.,7,65–72(2005)；Heekeren,H.R.,Marrett,S.,Bandettini,P.A.&Ungerleider,L.G.,“Ageneral mechanism for perceptual decision-making in the human brain”，Nature,431,859–862(2004)；Shin LM,Rauch SL,Pitman RK.“Amygdala,Medial PrefrontalCortex,and Hippocampal Function in PTSD”,Ann N Y Acad Sci.,1071(1)(2006)；LisE,Greenfield B,Henry M,Guile JM,Dougherty G.,“Neuroimaging and genetics ofborderline personality disorder:a review”，J Psychiatry Neurosci.,32(3),162–173(2007)；Etkin A,Wager TD,“Functional neuroimaging of anxiety:a meta-analysis of emotional processing in PTSD,social anxiety disorder,and specificphobia”，Am JPsychiatry,164(10),1476–1488(2007)；Etkin A.“FunctionalNeuroimaging of Major Depressive Disorder:A Meta-Analysis and New Integrationof Baseline Activation and Neural Response Data”，Am J Psychiatry,169(7),693–703(2012)；Sheline YI,Price JL,Yan Z,Mintun MA,“Resting-state functional MRIin depression unmasks increased connectivity between networks via the dorsalnexus”，Proc Natl Acad Sci.,107(24),11020–11025(2010)；Bari A,Robbins TW,“Inhibition and impulsivity:Behavioral and neural basis of response control”，Prog Neurobiol.,108:44–79(2013)；Kagias,Konstantinos等.“Neuronal responses tophysiological stress”，Frontiers in genetics,3:222(2012)。

非侵入式防启动***10还可选地包括数据库、服务器或云结构16，其被构造用于跟踪用户12的脑活动。例如，数据库、服务器或云结构16可以被构造成收集由脑接口组件14生成的原始数据(例如，脑活动数据)。此外，数据库、服务器或云结构16(独立于或结合脑接口组件14的精神状态确定功能)可以被构造为执行原始数据的数据分析，以便确定用户12当前是否正在启动。

例如，如果用户12获得的原始数据被匿名化并存储在数据库、服务器或云结构16中，则数据模型可以跨各种用户汇集，深度学***均数据聚焦到与用户相似的池。最可能地，每个用户将使其模型的一部分针对其进行优化，但是另一部分利用从更大的用户池中提取的模式。还应当理解，每个用户可以执行使用户暴露于各种启动效果的无限多种活动中的任何一种。因此，即使用户被正确校准，这种校准也只是针对无限可能性中的一小组。通用模型可以包括各种变量并且优化可以是困难的。然而，通过在数据库、服务器或云结构16上构建大型用户数据库，连接到这样的数据库、服务器或云结构16的数据分析线可以预处理数据(清理数据)，提取所有不同种类的特征，然后应用适当的数据模型，以克服这个问题。可以利用额外生活/工作环境来跟踪用户12的脑活动以获取用户12的意识和行为调制模式的深度评估中的元数据。尽管所有被跟踪的数据分析已经被描述为由数据库、服务器或云结构16执行，但是应当理解，被跟踪的数据分析功能的至少一部分可以被结合在另一合适装置中，例如下面进一步详细描述的生物反馈组件18，需要注意的是，优选地，由数据库、服务器或云结构16执行对用户池之间的脑活动的跟踪。

非侵入式防启动***10还包括生物反馈组件18，其用作通过用户12的各种神经***中的一个或多个的输入，从而闭合通过脑接口组件14经由脑接口(如下面更全面描述的)将用户12的潜意识精神状态连接到用户12对正被外部刺激启动的意识知觉的回路。

为此，生物反馈组件18响应于确定用户12当前正被启动而被构造为自动警告用户12他或她当前正在被启动。除了警告用户12他或她当前正被启动之外，生物反馈组件18还可以被构造为向用户12传达紧急程度、启动水平和其他用户相关信息。

在图1A所示的实施例中，生物反馈组件18采取向用户12提供音频或视觉信号(例如，呈音频或视觉警报的形式)的不可穿戴***装置(例如，智能手机、平板电脑等)的形式，并因此用作通过听觉或视觉神经***向用户12的脑输入。这种生物反馈组件18还可以被构造成将生活/工作环境(例如，GPS跟踪、日历安排、音乐收听装置、讲座收听装置、学习语言装置、与位于远程位置的其他人进行视频对话的装置、万维网冲浪装置等)结合到用户12的体验中。因此，在这种情况下，来自外部刺激的启动实际上可以来自生物反馈组件18本身，而非来自外部源(例如电视或收音机)。

生物反馈组件18还被构造成响应于确定用户12当前正被外部刺激启动而以调制用户12的精神状态的方式自动向用户12呈现交互神经反馈。作为一个示例，如果用户12由于受到外部刺激启动而具有消极精神状态(例如，恐惧或焦虑)，则用户12的精神状态可以由生物反馈组件18调制以促进用户12的积极精神状态(例如，喜悦或放松)。

一种或多种消极精神状态和/或一种或多种积极精神状态可以被编程到生物反馈组件18中，使得非侵入式脑接口组件14可以在分析用户12的脑活动时关注一个或多个经编程消极状态，并且生物反馈组件18以促进用户12中的一个或多个经编程积极精神状态的方式向用户12呈现神经反馈。用户12的一个或多个这种精神状态可以由用户12使用生物反馈组件18上的手动选择或手动输入来单独编程，并且可以通过按钮、标签或图标通过生物反馈组件18的图形用户界面而可用，例如通过使用表示个人体验的一组选项中的一个的单选按钮或类似可选选项。

在一个示例中，焦虑和放松可以被编程到生物反馈组件18中，使得非侵入式脑接口组件14在分析用户12的脑活动时关注焦虑精神状态，并且生物反馈组件18以促进用户12的放松精神状态的方式向用户12呈现神经反馈。

在另一个实施例中，这种积极精神状态可以是包括智力功能和过程的认知状态，例如记忆提取、集中、注意、创造力、推理、解决问题、决策、理解和语言教育产生等。响应于确定用户12正在被启动，该实施例的目标是将用户12保持在认知状态(其中可以做出更好的客观决策和/或最大化用户12在工作环境中的生产)，同时防止用户12滑入消极且适得其反的情绪状态。应当理解，将用户12保持在认知状态并不意味着用户12将没有任何情绪，而是这种用户12将倾向于使用短暂的情绪作为信息并且不会停留在任何特定消极情绪上。

在优选实施例中，生物反馈组件18被构造为以一个或多个训练会话的形式向用户12呈现神经反馈(例如，视觉或听觉)。一个或多个这种训练会话可以包括学习工具，例如，向用户提供指令的指示媒体(例如，视频或音频)从而促进积极精神状态以抵消消极启动。例如，如果脑接口组件14检测到用户12响应于启动而感到焦虑，则生物反馈组件18可以呈现训练会话，该训练会话向用户12提供关于如何减少焦虑的建议。作为另一个示例，训练会话可以包括对用户12进行促进积极精神状态的精神训练的请求。例如，这种训练可以是放松训练(例如，通过放松他或她的思想将视觉刺激从红色变为绿色)，其中当用户12的精神状态已经被确定为从焦虑完全转变为放松时，例如，当与焦虑相对于放松相关联的频带的比率已经从焦虑充分转变为放松时，则该训练被终止。

在一个实施例中，生物反馈组件18被构造用于通过向用户12呈现训练会话列表来修改呈现给用户12的神经反馈，该训练会话列表响应于确定用户12正被外部刺激启动而促进用户12的积极精神状态，如图2A所示。生物反馈组件18可以包括分别对应于要促进的不同积极精神状态(例如，放松、快乐、认知等)的不同训练会话列表。训练会话列表可以是预先生成的(即，在每个列表中的第一个训练会话被呈现给用户12之前)或者可以是动态生成的，例如，在该列表中的第一个训练会话被呈现给用户12之后，训练会话可以被合并到相应的训练会话列表中。

生物反馈组件18可以被构造用于为用户12定制每个训练会话列表，使得当用户12接收和处理神经反馈时，每个训练会话改变用户12的脑如何共振。例如，生物反馈组件18可以被构造用于选择要提供给用户12的不同训练会话，并且用于最终确定促进编程到生物反馈组件18中的一个或多个期望精神状态的最佳训练会话。生物反馈组件18还可以被构造为重复验证最佳训练会话以确保其持续促进用户12的一个或多个期望精神状态。

在这种情况下，当生物反馈组件18向用户12呈现一系列训练会话时，非侵入式脑接口组件14可以被构造用于检测用户12的脑活动并确定用户12的精神状态。生物反馈组件18可以被构造为基于用户12对于每个特定训练会话的所确定精神状态来自动修改训练会话列表。

例如，如果所确定精神状态与训练会话列表对应的期望积极精神状态相匹配(例如，编程到生物反馈组件18中的积极精神状态)，则生物反馈组件18可以被构造为自动修改促进放松精神状态的训练会话列表以在该训练会话列表(在这种情况下为训练会话1)中保留经标记(即，经选择)训练会话，如图2B所示。相反，如果所确定精神状态与训练期列表对应的期望积极精神状态不匹配，则生物反馈组件18可以被构造为自动修改促进放松精神状态的训练会话列表以从训练期列表中丢弃该经标记训练会话，例如训练会话1，如图2C所示。

此外，如果所确定的精神状态与训练会话列表对应的期望积极精神状态相匹配，则生物反馈组件18不仅可以被构造为将经标记训练会话保留在训练会话列表中，生物反馈组件18还可以被构造为在训练会话列表中包括具有与经标记训练会话相同的属性的更多训练会话，该经标记训练会话匹配训练会话列表对应的期望积极精神状态(在这种情况下，训练会话6-8)，如图2D所示，并且如果所确定精神状态不匹配训练会话列表对应的期望积极精神状态，生物反馈组件18不仅可以被构造为从训练会话列表丢弃经标记训练会话，生物反馈组件18还可以被构造为在训练会话列表中包括与经标记训练会话具有相同属性的更少训练会话，该经标记训练会话与训练会话列表对应的期望积极精神状态不匹配(在这种情况下，删除训练会话1、2和4)，如图2E所示。

脑接口组件14可以被构造用于基于特定标准来确定用户12的当前精神状态是否匹配期望精神状态，例如，如果用户12的焦虑与基线焦虑量相比减少了特定量，则确定任何给定训练会话的有效性。例如，如果脑接口组件测量与焦虑相对于放松相关联的某些频带的比率以确定用户12相对于焦虑/放松的精神状态，则当该比率高于或低于某个预定值时，可以确定用户12的当前精神状态和用户12的期望精神状态之间的匹配。

应当理解，虽然生物反馈组件18已经被描述为执行以调制用户12的精神状态的方式修改呈现给用户的神经反馈所必需的处理，但是这种处理可以在生物反馈组件18的外部执行，例如在非侵入式脑接口组件14的处理器和计算装置中执行。

此外，尽管生物反馈组件18已经被描述为单个装置，但是生物反馈组件的各种功能可以由独立装置来执行。例如，如图1B所示，生物反馈组件18’可以包括不可穿戴***生物反装置18a以及可穿戴生物反馈装置18b。不可穿戴***生物反馈装置18a被构造为以与上文参考图1A描述的生物反馈组件18非常相同的方式向用户12呈现该交互式神经反馈。可穿戴生物反馈装置18b被特别设计为由用户12穿戴并且被构造为通过***体感提供/传达振动(或触觉)信号，例如到用户12的皮肤区域，例如手臂、手腕、手、手指等，以提醒用户12他或她当前正被启动。

以这种方式，可穿戴生物反馈装置18b不是如上面参考图1A所讨论的用作通过听觉或视觉神经***对用户12的脑输入，而是用作通过外周神经(PNS)或交感神经***(SNS)对用户12的脑输入。生物反馈装置18b可以通过如何在振幅或频率上构造或调制振动来编码不同的消息。在一个实施例中，振动编码语音，例如对话或语音包络，或者编码词语级的语音，例如单个元音、单个词语或单个词语和元音的组合。在另一个实施例中，振动模态可对于精神状态类型、水平、紧急程度或其他用户相关信息进行编码。

因此，可以理解的是，生物反馈组件可以是单个***装置(例如，图1A所示的生物反馈组件18)，其提供警告用户12他或她当前正被启动的功能，以及以调制用户12的精神状态的方式向用户12呈现交互神经反馈的功能，或者可以包括多个装置(例如，图1B所示的生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a和可穿戴生物反馈装置18b)，其单独提供了警告用户12他或她当前正被启动的功能，以及以调节用户12的精神状态的方式向用户12呈现交互神经反馈的功能。

已经描述了非侵入式防启动***10的数据模型的结构、功能和应用，现在将参考图3描述操作非侵入式防启动***10的一种方法100。

最初，用户12利用可能由启动效应触发的一种或多种消极精神状态(例如，恐惧或焦虑)以及抵消启动效应的期望精神状态(例如，放松、快乐、认知等)来编程生物反馈组件18(或18’)(步骤102)。

然后利用用户12的基线精神状态校准脑接口组件14。特别地，脑接口组件14首先检测用户12的脑活动(步骤104)。例如，脑接口组件14可以检测来自脑并通过用户12的颅骨的能量(例如，光能或磁能)，并响应于检测到来自用户12的脑的能量来确定脑活动。脑接口组件14(或者可选地，生物反馈组件18(或18’)或数据库、服务器或云结构16)然后基于检测到的脑活动确定用户12的基线精神状态(步骤106)。

脑接口组件14(或者可替换地，生物反馈组件18(或18’))然后执行对用户12的基线精神状态和用户12的一个或多个期望精神状态的分析(步骤108)。以这种方式，可以将脑接口组件14校准到用户12的一个或多个期望精神状态，使得可以确定用户12的对应于一个或多个期望精神状态的脑活动的阈值水平或质量。因此，只有在检测到的用户12的脑活动已经超过阈值水平或质量之后，用户12才被确定为已经达到一个或多个精神状态。可以周期性地执行步骤104-108以确保脑接口组件14保持校准到用户12的基线状态，该基线状态可以随着时间而改变。

然后，生物反馈组件18(或18’)针对用户12生成并定制训练会话列表。特别地，生物反馈组件18(或18’)向用户12呈现训练会话列表(步骤110)。当训练会话列表中的每个训练会话被呈现给用户12时，脑接口组件14检测用户12的脑活动(步骤112)。例如，脑接口组件14可以检测来自脑并通过用户12的颅骨的能量(例如，光能或磁能)，并响应于检测到来自用户12的脑的能量来确定脑活动。脑接口组件14(或者可替代地数据库、服务器或云结构16)然后基于检测到的脑活动来确定用户12的精神状态(步骤114)。

如果所确定的精神状态与训练会话列表对应的期望精神状态匹配(步骤116)，则生物反馈组件18(或18’)自动将当前呈现的经标记训练会话保留在训练会话列表中(步骤118a)，并且在训练会话列表中包括与当前呈现的经标记训练会话具有相同属性的更多训练会话(步骤120a)。相反，如果所确定精神状态与训练会话列表对应的期望精神状态不匹配(步骤116)，则生物反馈组件18(或18’)自动从训练会话列表中丢弃当前呈现的经标记训练会话(步骤118b)，并且在训练会话列表中包括与当前呈现的经标记训练会话具有相同属性的更少训练会话(步骤120b)。

一旦生物反馈组件18(或18’)利用一个或多个训练会话列表进行编程，非侵入式防启动***10通过检测编程到生物反馈组件18(或18’)中的一个或多个消极精神状态中的一个来检测用户12是否正在被启动，并且如果检测到启动，则用户采取纠正措施以确保用户12不会成为启动的牺牲品。

特别地，脑接口组件14然后检测用户12的脑活动(步骤122)。脑接口组件14(或者可替代地，生物反馈组件18(或18’)或数据库、服务器或云结构16)然后基于检测到的脑活动来确定用户12是否正被外部刺激所启动(步骤124)。如果确定用户12正被外部刺激所启动(步骤126)，则生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b)向用户12提供生物反馈，从而警告用户12他或她正在被启动(框128)。

例如，生物反馈组件18(图1A)可以通过用户12的听觉或视觉神经***向用户12提供音频或视觉信号，或者生物反馈组件18’(图1B)的可穿戴生物反馈装置18b可以通过***体感向用户12提供/传达振动信号，例如利用一个或多个消息编码的振动信号。因此，输入被提供给用户12的脑，以警告用户12他或她正被外部刺激所启动。这样，用户12可以调节、调整和/或校准他或她的情绪或做出更客观的决定(步骤130)。此外，生物反馈组件18(图1A)或生物反馈组件18’(图1B)的不可穿戴***生物反馈装置18a可以自动呈现包含在与经编程的精神状态相对应的训练会话列表中的一个或多个训练会话，从而促进用户12的期望精神状态(步骤132)。如果确定用户12没有被外部刺激启动(步骤126)，则防启动***10返回到步骤122，并且过程重复。

参考图4，现在将描述防启动***10a的一个特定实施例。非侵入式防启动***10a包括基于光学的非侵入式脑接口组件14a，其可以例如结合题为“Pulsed UltrasoundModulated Optical Tomography Using Lock-In Camera”的美国专利申请第15/844,370号(现为美国专利第10,335,036号)，题为“Pulsed Ultrasound Modulated OpticalTomography With Increased Optical/Ultrasound Pulse Ratio”的美国专利申请第15/844,398号(现为美国专利第10,299,682号)，题为“Optical Detection System ForDetermining Neural Activity in Brain Based on Water Concentration”的美国专利申请第15/844,411号(现为美国专利第10,420,469号)，题为“System and Method ForSimultaneously Detecting Phase Modulated Optical Signals”的美国专利申请第15/853,209号(现为美国专利第10,016,137号)，题为“Systems and Methods For Quasi-Ballistic Photon Optical Coherence Tomography In Diffusive Scattering MediaUsing a Lock-In Camera”的美国专利申请第15/853,538号(现为美国专利第10,219,1700号)，题为“Ultrasound Modulating Optical Tomography Using Reduced Laser PulseDuration”的美国专利申请第16/266,818号，题为“Non-Invasive Optical DetectionSystems and Methods in Highly Scattering Medium”的美国专利申请第16/299,067号，题为“Non-Invasive Frequency Domain Optical Spectroscopy For Neural Decoding”的美国专利申请第16/379,090号，题为“Non-Invasive Optical Detection System andMethod”的美国专利申请第16/382,461号，题为“Interferometric Frequency-SweptSource And Detector In A Photonic Integrated Circuit”的美国专利申请第16/392,963号，题为“Non-Invasive Measurement System and Method Using Single-ShotSpectral-Domain Interferometric Near-Infrared Spectroscopy Based OnOrthogonal Dispersion”的美国专利申请第16/392,973号，题为“Non-Invasive OpticalDetection System and Method Of Multiple-Scattered Light With Swept SourceIllumination”的美国专利申请第16/393,002号，题为“Non-Invasive OpticalMeasurement System and Method for Neural Decoding”的美国专利申请第16/385,265号，题为“Time-Of-Flight Optical Measurement And Decoding Of Fast-OpticalSignals”的美国专利申请第16/533,133号，题为“Detection Of Fast-Neural SignalUsing Depth-Resolved Spectroscopy”的美国专利申请第16/565,326号，题为“Spatialand Temporal-Based Diffusive Correlation Spectroscopy Systems and Methods”的美国专利申请第16/226,625号，题为“Diffuse Correlation Spectroscopy MeasurementSystems and Methods”的美国临时专利申请第62/772,584号，题为“Non-InvasiveMeasurement Systems with Single-Photon Counting Camera”的美国专利申请第16/432,793号，题为“Interferometric Parallel Detection Using Digital Rectificationand Integration”的美国临时专利申请第62/855,360号，题为“InterferometricParallel Detection Using Analog Data Compression”的美国临时专利申请第62/855,380号，题为“Partially Balanced Interferometric Parallel Detection”的美国临时专利申请第62/855,405号中所描述的神经活动检测技术中的任何一种或多种，这些申请在此通过引用并入本文。

脑接口组件14a包括可穿戴单元22a，其被构造为应用于用户12并且在这种情况下穿戴在用户12的头部；以及辅助头戴式或非头戴式单元24a(例如，穿戴在脖子、肩膀、胸部或手臂上)。可替代地，单元24a的功能可以结合到头戴式单元22a中。辅助非头戴式单元24a可以经由有线连接26(例如，电线)联接到头戴式单元22a。可替代地，脑接口组件14a可以使用非有线连接(例如，无线射频(射频)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等)或光链路(例如，光纤或红外(IR))用于向相应的头戴式单元22a和辅助单元24a供电或在其间进行通信。

头戴式单元22a包括电子或光学部件，例如一个或多个光源、干涉仪、一个或多个光学检测器(未示出)等；输出端口28a，其用于将由脑接口组件14a产生的样本光30发射到用户12的头部；输入端口28b，其被构造用于从用户12的头部接收神经编码信号光32，该信号光随后被检测、调制和/或处理以确定用户12的脑内的神经活动；以及包含电子或光学组件以及端口28a、28b的支撑壳体结构34。

支撑壳体结构34可以被成形为例如具有香蕉形、头带形、帽形、头盔形、豆形、其他帽子形或可调节且适于用户头部的其他形状，使得端口28a、28b与头部的外部皮肤紧密接触，并且在这种情况下，与用户12的头皮紧密接触。支撑壳体结构34可由任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料制成。在可替代实施例中，光纤(未示出)可以分别从端口28a、28b延伸，从而免除了端口28a、28b被设置在头部表面附近的要求。在任何情况下，指数匹配流体可用于减少由头戴式单元22a产生的光从头皮外部皮肤的反射。带子或带子(未示出)可用于将支撑壳体结构34固定到用户12的头部。

辅助单元24a包括包含控制器38和处理器40的壳体36。控制器38被构造用于控制头戴式单元22a的操作功能，而处理器40被构造用于处理由头戴式单元22a获取的神经编码信号光32，以检测和定位用户12的脑内的神经活动。辅助单元24a可以另外包括电源(如果为头戴式，可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可选地，可以向辅助单元24a无线地(例如，通过感应)供电。

数据库、服务器或云结构16和生物反馈组件18(或18’)的功能可以与上面参考图1A和1B描述的相同。

生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)经由无线连接42(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))联接到脑接口组件14a的辅助单元24a以用于在生物反馈组件18和脑接口组件14a(和/或生物反馈组件18)之间进行通信。可替代地，可以使用生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)和脑接口组件14a之间的有线连接。

可替代生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b经由有线连接44(例如，电线)联接到脑接口组件14a(在这种情况下，联接到辅助单元24a)。可替代地，可以使用非有线连接(例如，无线射频(射频)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))以用于脑接口组件14a的相应辅助单元24a和生物反馈组件18’的可替代可穿戴生物反馈装置18b供电或在其间进行通信。不可穿戴***生物反馈装置18a和可穿戴生物反馈装置18b可以经由有线连接(例如，电线)或非有线连接48(例如，无线射频(射频)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))彼此联接用于向其供电或在其间进行通信。

数据库、服务器或云结构16可以经由无线连接46(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))联接到脑接口组件14a的辅助单元24a(和/或生物反馈组件18(或18’))以用于向生物反馈组件18(或18’)和数据库、服务器或云结构16供电或在其间进行通信。可替代地，可以使用数据库、服务器或云结构16和脑接口组件14a的辅助单元24a(和/或生物反馈组件18(或18’))之间的有线连接。

参考图5，现在将描述防启动***10b的另一个特定实施例。非侵入式防启动***10b包括基于光学的非侵入式脑接口组件14b，其可以例如结合题为“Fast-GatedPhotodetector Architecture Comprising Dual Voltage Sources with a SwitchConfiguration”的美国专利申请第16/051,462号(现为美国专利第10,158,038号)，题为“Non-Invasive Wearable Brain Interface Systems Including a Headgear and aPlurality of Self-Contained Photodetector Units Configured to RemovablyAttach to the Headgear”的美国专利申请第16/202,771号(现为美国专利第10,340,408号)，题为“Stacked Photodetector Assemblies”的美国专利申请第16/283,730号(现为美国专利第10,515,993号)，题为“Wearable Systems with Stacked PhotodetectorAssemblies”的美国专利申请第16/544,850号，题为“Photodetector Architectures forTime-Correlated Single Photon Counting”的美国临时专利申请第62/880,025号，题为“Photodetector Architectures for Efficient Fast-Gating”的美国临时专利申请第62/889,999号，题为“Photodetector Systems with Low-Power Time-To-DigitalConverter Architectures”的美国临时专利申请第62/906,620号，题为“Optical ModuleAssemblies”的美国临时专利申请第62/979,866号，题为“Laser Diode Driver Circuitwith Adjustable Turn-Off and Turn-On Current Slew Rates”的美国临时专利申请第62/992,486号，题为“Multiplexing Techniques for Interference Reduction in Time-Correlated Signal Photon Counting”的美国临时专利申请第62/992,491号，题为“SPADBias Compensation”的美国临时专利申请第62/992,493号，题为“Measurement WindowCalibration for Detection of Temporal Point Spread Function”的美国临时专利申请第62/992,497号，题为“Techniques for Determining Impulse Response of SPAD andTDC Systems”的美国临时专利申请第62/992,499号，题为“Histogram Based CodeDensity Characterization and Correction in Time-Correlated Single PhotonCounting”的美国临时专利申请第62/992,502号，题为“Selectable Resolution Modes inan Optical Measurement System”的美国临时专利申请第62/992,506号，题为“Hierarchical Bias Generation for Groups of SPAD Detectors”的美国临时专利申请第62/992,510号，题为“Detection and Removal of Motion Artifacts in a WearableOptical Measurement System”的美国临时专利申请第62/922,512号，题为“DynamicRange Improvement from Highly Parallel Arrays and SPADs”的美国临时专利申请第62/992,526号，题为“Single-Photon Avalanche Diode(SPAD)Bias Constant Charge”的美国临时专利申请第62/992,529号，题为“Calibration of SPAD ToF Systems Based onPer Pixel Dark Count Rate”的美国临时专利申请第62/992,536号，题为“Estimation ofSource-Detector Separation in an Optical Measurement System”的美国临时专利申请第62/992,543号，题为“Wearable Module for an Optical Measurement or HybridTechnology Neural Recording System Where the Module Assemblies are Configuredfor Tiling Multiple Modules Together for Targeted and/or Complete HeadCoverage”的美国临时专利申请第62/992,550号，题为“Wearable Devices for a BrainComputer Interface(BCI)System Where the Wearable Device Includes ConformingHeadset Fixation”的美国临时专利申请第62/992,552号，题为“Integrated DetectorAssemblies for a Wearable Module of an Optical Measurement System”的美国临时专利申请第62/992,555号，题为“Integrated Detector Assemblies for a WearableModule of an Optical Measurement Where the Detector Assemblies Include SpringLoaded Light Pipes”的美国临时专利申请第62/992,559号以及题为“Integrated LightSource Assembly with Laser Coupling for a Wearable Optical MeasurementSystem”的美国临时专利申请第62/992,567号中所描述的神经活动检测技术中的任何一种或多种，这些申请在此通过引用并入本文。

脑接口组件14b包括头戴式单元22b，其被构造为应用于用户12并且在这种情况下穿戴在用户12的头上；以及辅助非头戴式单元24b(例如，穿戴在脖子、肩膀、胸部或手臂上)。可替代地，单元24b的功能可以结合到头戴式单元22b中，如下所述。辅助非头戴式单元24b可以经由有线连接26(例如，电线)联接到头戴式单元22b。可替代地，脑接口组件14b可以使用非有线连接(例如，无线射频(射频)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))以用于向相应的头戴式单元22b和辅助单元24b供电或在其间进行通信。

头戴式单元22b包括一个或多个光源48，其被构造用于产生光脉冲。一个或多个光源48可以被构造用于产生可以被施加到期望目标(例如，脑内的目标)的处于一个或多个波长的一个或多个光脉冲。一个或多个光源48可以由任何合适的部件组合来实现。例如，这里描述的一个或多个光源48可以由任何合适装置实现。例如，这里使用的光源可以是例如分布式反馈(DFB)激光器、超发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)、二极管泵浦固态(DPSS)激光器、激光二极管(LD)、超发光发光二极管(sLED)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、钛蓝宝石激光器、微型发光二极管(mLED)和/或任何其他合适的激光器或光源。

头戴式单元22b包括多个光电检测器单元50，其例如包括被构造用于检测每个光脉冲中的单光子(即，光能的单个粒子)的单光子雪崩二极管(SPAD)。例如，这些敏感光电检测器单元的阵列可以记录响应于施加由光源48产生的一个或多个光脉冲而从脑内的组织反射的光子。基于光子被光电检测器单元检测到所需的时间，可以确定或推断脑的神经活动和其他属性。

利用SPAD的特性的光电检测器单元能够以非常高的到达时间分辨率(几十皮秒)捕获单个光子。当光子被SPAD吸收时，其能量释放然后成为自由载流子对的束缚电荷载流子(电子和空穴)。在存在由施加到二极管的反向偏压电压产生的电场的情况下，这些自由载流子被加速通过SPAD的区域，称为倍增区域。当自由载流子穿过倍增区域时，其与束缚在半导体的原子晶格中的其他载流子碰撞，从而通过称为碰撞电离的过程产生更多的自由载流子。这些新的自由载流子也会被所施加的电场加速并产生更多自由载流子。这种雪崩事件可以被检测到并用于确定光子的到达时间。为了能够检测单个光子，用幅值大于其击穿电压的幅度的反向偏压电压对SPAD进行偏压，该击穿电压是自由载流子产生能够自持并导致失控雪崩以上的偏压电平。SPAD的这种偏压被称为使装置准备就绪。当SPAD准备就绪时，由单个光子的吸收产生的单个自由载流子对可以产生失控雪崩，从而产生易于检测的宏观电流。

应当认识到，在一些替代实施例中，头戴式单元22b可以包括单个光源48和/或单个光电检测器单元50。例如，脑接口***14b可用于控制单个光路并将光电检测器像素测量转换成表示脑组织区域的光学特性的强度值。在一些替代实施例中，头戴式单元22b不包括任何光源。相反，被构造为产生由光电检测器检测的光的光源可以被包括在脑接口***14b中的其他位置处。例如，辅助单元24b中可以包括光源。

头戴式单元22b还包括包含一个或多个光源48、光电检测器单元50和其他电子或光学部件的支撑壳体结构52。如下文将进一步详细描述的，支撑壳体结构52可以被成形为例如具有香蕉形、头带形、帽子形、头盔形、豆帽形、其他帽子形、或可调节且适合用户头部的其他形状，使得光电检测器单元50与头部的外部皮肤紧密接触，并且在这种情况下，与用户12的头皮紧密接触。支撑壳体结构52可由任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料制成。

虽然脑接口***14b示出了一个头戴式单元22b，但是可以使用任何合适数量的头戴式单元22b，例如位于头部的不同位置处。

辅助单元24b包括包含控制器38和处理器40的壳体36。控制器38被构造用于控制头戴式单元22b的操作功能，而处理器40被构造用于处理由头戴式单元22b获取的光子以检测和定位用户12的脑内的神经活动。辅助单元24b可以另外包括电源(如果使头戴式的，则可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向辅助单元24b无线地(例如，通过感应)供电。

数据库、服务器或云结构16和生物反馈组件18(或18’)的功能可以与上面参考图1A和1B描述的相同。

生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)经由无线连接42(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))而联接到脑接口组件14b的辅助单元24b以用于在生物反馈组件18和脑接口组件14b(和/或生物反馈组件18)之间进行通信。可替代地，可以在生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)和脑接口组件14b之间使用有线连接。

可替代生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b经由有线连接44(例如，电线)联接到脑接口组件14b(在这种情况下，联接到辅助单元24b)。可替代地，可以使用非有线连接(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))以用于向脑接口组件14b的相应辅助单元24b和可替代生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b供电或在其间进行通信。可替代生物反馈组件18的不可穿戴***生物反馈装置18a和可穿戴生物反馈装置18b可以经由有线连接(例如，电线)或非有线连接48(例如，无线射频(射频)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))彼此联接以用于向其供电或在其间进行通信。

数据库、服务器或云结构16可以经由无线连接46(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))联接到脑接口组件14b的辅助单元24b(和/或生物反馈组件18(或18’))以用于向生物反馈组件18(或18’)和数据库、服务器或云结构16供电或在其间进行通信。可替代地，可以在数据库、服务器或云结构16和脑接口组件14b的辅助单元24b(和/或生物反馈组件18(或18’))之间使用有线连接。

现在参考图6A-6D，将描述脑接口组件14b的不同实施例。如上所述，这种脑接口组件14b可以与生物反馈组件18(或18’)以及数据库、服务器、云结构16进行无线或有线通信。下面描述的每个脑接口组件14b均包括具有多个光电检测器单元50的头戴式单元22b以及其中嵌入光电检测器单元50的支撑壳体结构52。每个光电检测器单元50均可以包括例如SPAD、电压源、电容器、开关和检测光子所需的任何其他电路部件(未示出)。每个脑接口组件14b还可以包括用于产生光脉冲的一个或多个光源(未示出)，尽管在某些情况下这种光的源可以来自环境光。每个脑接口组件14b还可以包括控制/处理单元54，例如控制电路、时间-数字(TDC)转换器和信号处理电路，以用于控制光电检测器单元50和任何一个或多个光源的操作功能，并处理光电检测器单元50获取的光子以检测和定位用户12的脑内的神经活动。如下文将进一步详细描述的，控制/处理单元54可以包含在头戴式单元22b中或者可以结合到独立式辅助单元中。如下所述，支撑壳体结构52可以被成形为例如具有香蕉形、头带形、帽形、头盔形、豆帽形、其他帽子形、或可调节且适合用户头部的其他形状，使得光电检测器单元50与头部的外部皮肤紧密接触，并且在这种情况下，与用户12的头皮紧密接触。

如图6A所示，脑接口组件14b(1)包括头戴式单元22b(1)和通过电力线58联接到头戴式单元22b(1)的电源56。头戴式单元22b(1)包括光电检测器单元50(显示为50-1至50-12)以及控制/处理单元54a。头戴式单元22b(1)还包括支撑壳体结构52a，其采用包含光电检测器单元50和控制/处理单元54a的帽子形式。帽子52a的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或适合于特定实施的任何其他材料选择。电源56可以由电池和/或任何其他类型的电源来实现，其被构造为通过电力线58向光电检测器单元50、控制/处理单元54a和包括在脑接口组件22b(1)内的任何其他部件提供操作电力。头戴式单元22b(1)可选地包括形成在帽子52a中的峰脊或其他突出部60以用于提供承载控制/处理单元54a的装置。

如图6B所示，脑接口组件14b(2)包括头戴单元22b(2)和经由有线连接62联接到头戴单元22b(2)的控制/处理单元54b。头戴式单元22b(2)包括光电检测器单元50(示为50-1至50-4)和支撑壳体结构52b，该支撑壳体结构52b采取包含光电检测器单元50的头盔的形式。头盔52b的材料可以从任何合适的聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料中选择。与图6A所示的脑接口组件14b(1)的包含在头戴式单元22b(1)中的控制/处理单元54a不同，控制/处理单元54b是独立的并且可以采取服装(例如，背心、部分背心或吊带)的形式以穿戴在用户12的肩膀上。独立式控制/处理单元54b可以另外包括电源(如果是头戴式的，则可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向独立式控制/处理单元54b无线地(例如，通过感应)供电。

如图6C所示，脑接口组件14b(3)包括头戴式单元22b(3)和通过电力线74联接到头戴式单元22b(3)的电源56。头戴式单元22b(3)包括光电检测器单元50(显示为50-1至50-12)和控制/处理单元54c。头戴式单元22b(3)还包括支撑壳体结构52c，其采用包含光电检测器单元50和控制/处理单元54c的豆帽的形式。用于豆帽68c的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料中选择。电源56可以由电池和/或任何其他类型的电源来实现，其被构造为经由有线连接58向光电检测器单元50、控制/处理单元54c和包括在脑接口组件22b(3)内的任何其他部件提供操作电力。

如图6D所示，脑接口组件14b(4)包括头戴式单元22b(4)和经由有线连接62联接到头戴式单元22b(4)的控制/处理单元54d。头戴式单元22b(4)包括光电检测器单元50(显示为50-1至50-4)和支撑壳体结构52d，该支撑壳体结构52d采取包含光电检测器单元50的头带的形式。头带52d的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料中选择。控制/处理单元54d是独立的并且可以采取服装(例如，背心、部分背心或吊带)的形式以穿戴在用户12的肩膀上。独立式控制/处理单元54d可以另外包括电源(如果是头戴式的，可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向独立式控制/处理单元54d无线地(例如，通过感应)供电。

参考图7，现在将描述防启动***10c的又一特定实施例。非侵入式防启动***10c包括基于磁性的非侵入式脑接口组件14c，其可以例如结合题为“Magnetic FieldMeasurement Systems and Methods of Making and Using”的美国专利申请第16,428,871,号，题为“Magnetic Field Measurement System and Method ofUsing VariableDynamic Range Optical Magnetometers”的美国专利申请第16/418,478号，题为“Integrated Gas Cell and Optical Components for Atomic Magnetometry andMethods for Making and Using”的美国专利申请第16/418,500号，题为“Magnetic FieldShaping Components for Magnetic Field Measurement Systems and Methods forMaking and Using”的美国专利申请第116/457,655号，题为“Systems and MethodsIncluding Multi-Mode Operation of Optically Pumped Magnetometer(S)”的美国专利申请第16/213,980号(现为美国专利第10,627,460号)，题为“Dynamic MagneticShielding and Beamforming Using Ferrofluid for Compact Magnetoencephalography(MEG)”的美国专利申请第16/456,975号，题为“Neural Feedback Loop Filters forEnhanced Dynamic Range Magnetoencephalography(MEG)Systems and Methods”的美国专利申请第16/752,393号，题为“Magnetic Field Measurement System with Amplitude-Selective Magnetic Shield”的美国专利申请第16/741,593号，题为“IntegratedMagnetometer Arrays for Magnetoencephalography(MEG)Detection Systems andMethods”的美国临时专利申请第62/858,636号，题为“Systems and Methods forSuppression ofNon-Neural Interferences in Magnetoencephalography(MEG)Measurements”的美国临时专利申请第62/836,421号，题为“Active Shield Arrays forMagnetoencephalography(MEG)”的美国临时专利申请第62/842,818号，题为“Systems andMethods for Multiplexed or Interleaved Operation of Magnetometers”的美国临时专利申请第62/926,032号，题为“Systems and Methods having an OpticalMagnetometer Array with Beam Splitters”的美国临时专利申请第62/896,929号，题为“Methods and Systems for Fast Field Zeroing for Magnetoencephalography(MEG)”的美国临时专利申请第62/960,548号，题为“Single Controller for Wearable SensorUnit that Includes an Array Of Magnetometers”的美国临时专利申请第62/967,787号，题为“Systems and Methods for Measuring Current Output By a Photodetectorof a Wearable Sensor Unit that Includes One or More Magnetometers”的美国临时专利申请第62/967,797号，题为““Interface Configurations for a Wearable SensorUnit that Includes One or More Magnetometers”的美国临时专利申请第62/967,803号，题为“Systems and Methods for Concentrating Alkali Metal Within a VaporCell of a Magnetometer Away from a Transit Path ofLight”的美国临时专利申请第62/967,804号，题为“Magnetic Field Generator for a Magnetic Field MeasurementSystem”的美国临时专利申请第62/967,813号，题为“Magnetic Field Generator for aMagnetic Field Measurement System”的美国临时专利申请第62/967,818号，题为“Magnetic Field Measurement Systems Including a Plurality of Wearable SensorUnits Having a Magnetic Field Generator”的美国临时专利申请第62/967,823号，题为“Self-Calibration of Flux Gate Offset and Gain Drift To Improve MeasurementAccuracy of Magnetic Fields from the Brain Using a Wearable System”的美国临时专利申请第62/975,709号，题为“Nested and Parallel Feedback Control Loops forUltra-Fine Measurements of Magnetic Fields from the Brain Using a WearableMEG System”的美国临时专利申请第62/975,693号，题为“Estimating the MagneticField at Distances from Direct Measurements to Enable Fine Sensors to Measurethe Magnetic Field from the Brain Using a Wearable System”的美国临时专利申请第62/975,719号，题为“Algorithms that Exploit Maxwell’s Equations and Geometryto Reduce Noise for Ultra-Fine Measurements of Magnetic Fields from the BrainUsing a Wearable MEG System”的美国临时专利申请第62/975,723号，题为“OptimalMethods to Feedback Control and Estimate Magnetic Fields to Enable a WearableSystem to Measure Magnetic Fields from the Brain”的美国临时专利申请第62/975,727号以及题为“Two Level Magnetic Shielding of Magnetometers”的美国临时专利申请第62/983,406号中所描述的神经活动检测技术中的任何一种或多种，这些申请在此通过引用并入本文。

脑接口组件14c包括脑磁图(MEG)头戴式单元22c，其被构造为应用于用户12，并且在这种情况下，穿戴在用户12的头上；以及辅助非头戴式单元24c(例如，穿戴在脖子、肩膀、胸部或手臂上)。可替代地，如下所述，单元24c的功能可以结合到头戴式单元22c中。辅助非头戴式单元24c可以经由有线连接26(例如，电线)连接到头戴式单元22c。可替代地，脑接口组件14c可以使用非有线连接(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))以用于向相应的头戴式单元22c和辅助单元24c供电或在其间进行通信。

头戴式单元22c包括多个光泵磁力计(OPM)64或其他合适的磁力计，以生物地测量来自用户12的脑的所产生的磁场，以及无源屏蔽66(和/或通量集中器)。通过将无源屏蔽66放置在用户12的头上，从无源屏蔽66外部区域产生的环境背景磁场大大减小，并且由于环境背景磁场的减小，磁力计64可以测量或检测来自用户12的脑中发生的活动的磁场。

OPM是一种光学磁测***，其用于检测通过人类头部传播的磁场。光学磁测可以包括使用光学方法以非常高的精度测量磁场--大约1x10^-15特斯拉。由于其特别高的灵敏度，OPM可用于光学磁测来测量弱磁场。(地球磁场通常在50微特斯拉左右)。至少在某些***中，OPM具有碱金属蒸气气室，其包含以气体、液体或固体状态(取决于温度)组合的碱金属原子。气室可以包含淬火气体、缓冲气体或专用防松弛涂层或其任意组合。气室的大小可以从几分之一毫米到几厘米不等，从而允许实现OPM可以与可穿戴非侵入式脑接口设备一起使用的实用性。

头戴式单元22c还包括支撑壳体结构68，该支撑壳体结构68包含OPM64、无源屏蔽66和其他电子或磁性部件。如下文将进一步详细描述的，支撑壳体结构84可以被成形为例如具有香蕉形、头带形、帽子形、头盔形、豆帽形、其他帽子形状、或可调节且适合用户头部的其他形状，使得OPM64与头部的外部皮肤紧密接触，并且在这种情况下与用户12的头皮紧密接触。支撑壳体结构68可由任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适材料制成。

辅助单元24c包括包含控制器38和处理器40的壳体36。控制器38被构造用于控制头戴式单元22c的操作功能，而处理器40被构造用于处理由头戴式单元22c检测到的磁场以检测和定位用户12的脑内的神经活动。辅助单元24c可以另外包括电源(如果是头戴式的，则可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向辅助单元24c无线地(例如，通过感应)供电。

数据库、服务器或云结构16和生物反馈组件18(或18’)的功能可以与上面参考图1A和1B描述的相同。

生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)经由非有线连接42(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))联接到脑接口组件14c的辅助单元24c以用于在生物反馈组件18和脑接口组件14c(和/或生物反馈组件18)之间进行通信。可替代地，可以在生物反馈组件18(或生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a)和脑接口组件14c之间使用有线连接。

可替代生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b经由有线连接44(例如，电线)联接到脑接口组件14c(在这种情况下，联接到辅助单元24c)。可替代地，可以使用非有线连接(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))以用于向脑接口组件14c的相应辅助单元24c和可替代生物反馈组件18’的可穿戴生物反馈装置18b供电或在其间进行通信。可替代生物反馈组件18’的不可穿戴***生物反馈装置18a和可穿戴生物反馈装置18b可以经由有线连接(例如电线)或非有线连接48(例如无线射频(射频)信号(例如蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如，光纤或红外(IR))彼此联接用于向其供电或在其间进行通信。

数据库、服务器或云结构16可以经由非有线连接46(例如，无线射频(RF)信号(例如，蓝牙、Wifi、蜂窝等))或光学链路(例如光纤或红外(IR))联接到脑接口组件14c的辅助单元24c(和/或生物反馈组件18(或18’))以用于向生物反馈组件18(或18’)和数据库、服务器或云结构16供电或在其间进行通信。可替代地，可以在数据库、服务器或云结构16和脑接口组件14c的辅助单元24c(和/或生物反馈组件18(或18’))之间使用有线连接。

现在参考图8A-8C，将描述脑接口组件14c的不同实施例。如上所述，这种脑接口组件14c可以与生物反馈组件18(或18’)以及数据库、服务器、云结构16进行无线或有线通信。下面描述的每个脑接口组件14c均包括头戴式单元22c，其具有多个OPM 64、无源屏蔽66以及其中嵌入OPM 64和无源屏蔽66的支撑壳体结构68。每个脑接口组件14c还可以包括控制/处理单元70以用于控制OPM 64的操作功能并处理OPM 64所检测到的磁场以检测和定位用户12的脑内的神经活动。如下文将进一步详细描述的，控制/处理单元70可以包含在头戴式单元22c中或者可以结合到独立式辅助单元中。如下所述，支撑壳体结构68可以被成形为例如具有香蕉形、头带形、帽子形、头盔形、豆帽形、其它帽子形、或可调节且适合用户头部的其他形状，使得磁力计64与头部的外部皮肤紧密接触，并且在这种情况下，与用户12的头皮紧密接触。

如图8A所示，脑接口组件14c(1)包括头戴式单元22c(1)以及通过有线连接74联接到头戴式单元22c(1)的电源72。头戴式单元22c(1)包括OPMs 64(显示为64-1至64-12)和控制/处理单元70a。头戴式单元22c(1)还包括支撑壳体结构68a，其采用头盔的形式，该头盔包含OPM 64、无源屏蔽66和控制/处理单元70a。用于头盔68a的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适的材料中选择。电源72可以由电池和/或任何其他类型的电源来实现，其被构造为通过有线连接74向磁力计64、控制/处理单元70a和包括在脑接口组件22c(1)内的任何其他部件提供操作电力。头戴式单元22c(1)可选地包括固定至头盔68a的手柄76以用于提供承载头戴式单元22c(1)的便利装置。

如图8B所示，脑接口组件14c(2)包括头戴式单元22c(2)以及通过有线连接78联接到头戴式单元22b(2)的控制/处理单元70b。头戴式单元22c(2)包括OPM 64(显示为64-1至64-12)和支撑壳体结构68b，该支撑壳体结构68b采取包含OPM 64和无源屏蔽66的头盔的形式。用于头盔68b的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他合适的材料中选择。与包含在头戴式单元22c(1)中的图8A所示的脑接口组件14c(1)的控制/处理单元70a不同，控制/处理单元70b是独立的，并且可以采取服装(例如，背心、部分背心或吊带)的形式以穿戴在用户12的肩膀上。独立式控制/处理单元70b可以另外包括电源(如果是头戴式的，则可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向独立控制/处理单元70b无线地(例如，通过感应)供电。头戴式单元22c(2)可选地包括形成在头盔68b中的峰脊或其它突出部80以用于提供承载控制/处理单元70b’的装置。

如图8C所示，脑接口组件14c(3)包括头戴式单元22c(3)和控制/处理单元70c。头戴式单元22c(3)包括OPM 64(显示为64-1至64-12)和支撑壳体结构68c，该支撑壳体结构68c采取包含OPM 64和无源屏蔽66的棒球帽的形式。用于棒球帽68c的材料可以从任何合适的布、软聚合物、塑料、硬壳和/或可用于特定实施方式的任何其他材料中选择。控制/处理单元70c是独立的，并且可以采取服装(例如，围巾)的形式以用于穿绕在用户12的脖子上。独立式控制/处理单元70c可以另外包括电源(如果是头戴式的，则可以采用可充电或不可充电电池的形式)、具有输入/输出功能的控制面板、显示器和存储器。可替代地，可以向独立控制/处理单元70c无线地(例如，通过感应)供电。

尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，这并不旨在将本发明限制于优选实施例，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，本发明旨在覆盖可包括在由权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物。

Claims (85)

1.一种非侵入式防启动***，包括:

非侵入式脑接口组件，其被构造为用于当用户暴露于外部刺激时检测所述用户的脑活动；

至少一个处理器，其被构造用于基于检测到的所述脑活动来确定所述用户正被所述外部刺激消极启动；以及

生物反馈组件，其被构造用于自动提供所述用户正被所述外部刺激消极启动的警报。

2.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述非侵入式脑接口组件是光学测量组件。

3.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述非侵入式脑接口组件是磁性测量组件。

4.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括至少一个检测器以及处理电路，所述至少一个检测器被构造用于检测来自所述用户的脑的能量，并且所述处理电路被构造用于响应于检测到来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

5.根据权利要求4所述的非侵入式防启动***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载所述至少一个能量源的头戴式单元。

6.根据权利要求5所述的非侵入式防启动***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载所述处理电路的辅助非头戴式单元。

7.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述外部刺激包括广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种。

8.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述至少一个处理器被构造用于通过基于检测到的所述脑活动确定所述用户具有消极精神状态来确定所述用户正被所述外部刺激消极启动。

9.根据权利要求8所述的非侵入式防启动***，其中，所述消极精神状态是焦虑和恐惧中的一个。

10.根据权利要求8所述的非侵入式防启动***，其中，所述至少一个处理器被构造用于利用所述消极精神状态进行编程。

11.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述生物反馈组件被构造用于通过***体感向所述用户提供/传送指示所述用户的所确定精神状态的振动信号。

12.根据权利要求11所述的非侵入式防启动***，其中，所述振动信号利用一个或多个消息进行编码。

13.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述生物反馈组件被构造用于向所述用户提供/传送音频或视觉警报信号。

14.根据权利要求1所述的非侵入式防启动***，其中，所述生物反馈组件还被构造用于响应于所述至少一个处理器确定所述用户正被所述外部刺激消极启动，自动向所述用户提供促进所述用户的积极精神状态的神经反馈。

15.根据权利要求14所述的非侵入式防启动***，其中，所述积极精神状态是喜悦、放松和认知状态中的一个。

16.根据权利要求14所述的非侵入式防启动***，其中，所述至少一个处理器被构造用于利用所述积极精神状态进行编程。

17.根据权利要求14所述的非侵入式防启动***，其中，所述神经反馈包括经标记训练会话。

18.根据权利要求17所述的非侵入式防启动***，其中，所述经标记训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

19.根据权利要求17所述的非侵入式防启动***，其中，所述经标记训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

20.根据权利要求14所述的非侵入式防启动***，其中，所述生物反馈组件包括不可穿戴***反馈装置，其被构造用于自动向所述用户提供所述神经反馈，以及可穿戴反馈装置，其被构造为自动向所述用户提供警报。

21.一种校正对用户的消极启动的方法，包括:

当所述用户暴露于外部刺激时，使用非侵入式脑接口检测所述用户的脑活动；

基于检测到的所述脑活动，确定所述用户正被所述外部刺激消极启动；以及

自动提供所述用户正受到所述外部刺激的消极启动的警报。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述脑活动被光学检测。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述脑活动被磁性检测。

24.根据权利要求21所述的方法，其中检测所述用户的所述脑活动包括检测来自所述用户的脑的能量，以及响应于检测到来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述外部刺激包括广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种。

26.根据权利要求21所述的方法，其中，确定所述用户正被所述外部刺激消极启动包括基于检测到的所述脑活动确定所述用户具有消极精神状态。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述消极精神状态是焦虑和恐惧中的一个。

28.根据权利要求21所述的方法，其中，自动向所述用户提供警告包括通过***体感向所述用户提供/传送指示所述用户的所确定精神状态的振动信号。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述振动信号利用一个或多个消息进行编码。

30.根据权利要求21所述的方法，其中，自动向所述用户提供警报包括向所述用户提供/传送音频或视觉警报信号。

31.根据权利要求21所述的方法，还包括响应于所述至少一个处理器确定所述用户正被所述外部刺激消极启动，自动向所述用户提供促进所述用户的积极精神状态的神经反馈。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述积极精神状态是喜悦、放松和认知状态中的一个。

33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述神经反馈包括经标记训练会话。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

36.一种非侵入式***，包括:

非侵入式脑接口组件，其被构造用于检测用户的脑活动；

至少一个处理器，其被构造用于基于检测到的所述脑活动来确定所述用户的消极精神状态；以及

生物反馈组件，其被构造用于响应于所述用户的所确定消极精神状态，自动向所述用户提供经标记训练会话，从而促进所述用户的积极精神状态。

37.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件是光学测量组件。

38.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件是磁性测量组件。

39.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括至少一个检测器以及处理电路，所述至少一个检测器被构造用于检测来自所述用户的脑的能量，并且所述处理电路被构造用于响应于检测到来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

40.根据权利要求39所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载至少一个能量源的头戴式单元。

41.根据权利要求40所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载所述处理电路的辅助非头戴式单元。

42.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述至少一个处理器还被构造用于基于所述用户的所述所确定消极精神状态来确定所述用户正被所述外部刺激消极启动。

43.根据权利要求42所述的非侵入式***，其中，所述外部刺激包括广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种。

44.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述消极精神状态是焦虑和恐惧中的一个。

45.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述至少一个处理器被构造用于利用所述消极精神状态进行编程。

46.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述积极精神状态是喜悦、放松和认知状态中的一个。

47.根据权利要求46所述的非侵入式***，其中，所述至少一个处理器被构造用于利用所述积极精神状态进行编程。

48.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述至少一个处理器还被构造用于选择多个训练会话列表中对应于所述积极精神状态的一个训练会话列表，并且响应于所述用户的所述所确定消极精神状态而从所选择的所述训练会话列表中自动向所述用户提供经标记训练会话。

49.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述经标记训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

50.根据权利要求36所述的非侵入式***，其中，所述经标记训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

51.一种促进用户积极精神状态的方法，包括:

使用非侵入式脑接口检测用户的脑活动；

基于检测到的所述脑活动来确定所述用户具有消极精神状态；以及

响应于所述用户的所确定消极精神状态，自动向所述用户提供经标记训练会话，从而促进所述用户的积极精神状态。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述脑活动被光学检测。

53.根据权利要求51所述的方法，其中，所述脑活动被磁性检测。

54.根据权利要求51所述的方法，其中，检测所述用户的所述脑活动包括检测来自所述用户的脑的能量，以及响应于检测来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

55.根据权利要求51所述的方法，还包括基于所述用户的所述所确定消极精神状态，确定所述用户正被外部刺激消极启动。

56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述外部刺激包括广告、社会或政治消息以及销售策略中的一种。

57.根据权利要求51所述的方法，其中，所述消极精神状态是焦虑和恐惧中的一个。

58.根据权利要求51所述的方法，其中，所述积极精神状态是喜悦、放松和认知状态中的一个。

59.根据权利要求51所述的方法，还包括选择多个训练会话列表中对应于所编程的积极精神状态的一个训练会话列表，其中，响应于所述用户的所述所确定消极精神状态，从所选择的训练会话列表中自动向所述用户提供经标记训练会话。

60.根据权利要求51所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

61.根据权利要求51所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

62.一种非侵入式***，包括:

生物反馈组件，其被构造用于向用户提供训练会话列表；

非侵入式脑接口组件，其被构造用于当所述生物反馈组件向所述用户提供训练会话列表中的经标记训练会话时，检测所述用户的脑活动；以及

至少一个处理器，其被构造用于基于检测到的所述脑活动确定所述用户的精神状态并基于所述用户的所确定精神状态自动修改所述训练会话列表。

63.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件是光学测量组件。

64.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件是磁性测量组件。

65.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括至少一个检测器和处理电路，所述至少一个检测器被构造用于检测来自所述用户的脑的能量，并且所述处理电路被构造用于响应于检测到来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

66.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载至少一个能量源的头戴式单元。

67.根据权利要求66所述的非侵入式***，其中，所述非侵入式脑接口组件包括承载所述处理电路的辅助非头戴式单元。

68.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述训练会话列表对应于期望精神状态。

69.根据权利要求68所述的非侵入式***，

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态匹配，则所述至少一个处理器被构造用于自动修改所述训练会话列表以将所述经标记训练会话保留在所述训练会话列表中；以及

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态不匹配，则所述至少一个处理器被构造用于自动修改所述训练会话列表以从所述训练会话列表丢弃所述经标记训练会话。

70.根据权利要求69所述的非侵入式***，

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态匹配，则所述至少一个处理器被构造用于自动修改所述训练会话列表以在所述训练会话列表中包括具有与所述经标记训练会话相同的属性的更多训练会话；以及

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态不匹配，则所述至少一个处理器被构造用于自动修改所述训练会话列表以在所述训练会话列表中包括具有与所述经标记训练会话相同的属性的更少训练会话。

71.根据权利要求68所述的非侵入式***，其中，所述期望精神状态是积极精神状态。

72.根据权利要求71所述的非侵入式***，其中，所述积极精神状态包括喜悦、放松和认知状态中的一个。

73.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

74.根据权利要求62所述的非侵入式***，其中，所述训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

75.一种定制训练会话列表的方法，包括:

向用户提供训练会话列表中的经标记训练会话；

在向所述用户提供所述经标记训练会话的同时，使用非侵入式脑接口检测所述用户的脑活动；

基于检测到的所述脑活动来确定所述用户的精神状态；以及

基于所述用户的所确定精神状态自动修改所述训练会话列表。

76.根据权利要求75所述的方法，其中，所述脑活动被光学检测。

77.根据权利要求75所述的方法，其中，所述脑活动被磁性检测。

78.根据权利要求75所述的方法，其中，检测所述用户的所述脑活动包括检测来自所述用户的脑的能量，以及响应于检测到来自所述用户的所述脑的所述能量来识别所述脑活动。

79.根据权利要求75所述的方法，其中，所述训练会话列表对应于期望精神状态。

80.根据权利要求79所述的方法，

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态相匹配，则所述训练会话列表被自动修改以将所述经标记训练会话保留在所述训练会话列表中；以及

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态不匹配，则所述训练会话列表被自动修改以从所述训练会话列表丢弃所述经标记训练会话。

81.根据权利要求80所述的方法，

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态匹配，则所述训练会话列表被自动修改以在所述训练会话列表中包括具有与所述经标记训练会话相同的属性的更多训练会话；以及

其中，如果所述所确定精神状态与所述期望精神状态不匹配，则所述训练会话列表被自动修改以在所述训练会话列表中包括具有与所述经标记训练会话相同的属性的更少训练会话。

82.根据权利要求79所述的方法，其中，所述期望精神状态是积极精神状态。

83.根据权利要求82所述的方法，其中，所述积极精神状态包括喜悦、放松和认知状态中的一个。

84.根据权利要求75所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括促进所述用户的积极精神状态的指示媒体。

85.根据权利要求75所述的方法，其中，所述经标记训练会话包括被给予所述用户以促进所述用户的积极精神状态的精神训练。

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