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Enregistrement W4412974536 · doi:10.2196/72218

Advancing Brain-Computer Interface Closed-Loop Systems for Neurorehabilitation: Systematic Review of AI and Machine Learning Innovations in Biomedical Engineering

2025· review· en· W4412974536 sur OpenAlexvenueno aff
Fahim Islam Anik, Md Mehedi Hasan, Juan Rodriguez-Cardenas, Selena He, Nazmus Sakib

Notice bibliographique

RevueJMIR Biomedical Engineering · 2025
Typereview
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueEEG and Brain-Computer Interfaces
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNeurorehabilitationPreprintInterface (matter)Computer scienceNeural engineeringBrain–computer interfaceCognitive scienceArtificial intelligenceHuman–computer interactionEngineeringNeurosciencePsychologyRehabilitationOperating systemWorld Wide Web

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Brain-computer interface (BCI) closed-loop systems have emerged as a promising tool in health care and wellness monitoring, particularly in neurorehabilitation and cognitive assessment. With the increasing burden of neurological disorders, including Alzheimer disease and related dementias (AD/ADRD), there is a critical need for real-time, noninvasive monitoring technologies. BCIs enable direct communication between the brain and external devices, leveraging artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) to interpret neural signals. However, challenges such as signal noise, data processing limitations, and privacy concerns hinder widespread implementation. Objective: The primary objective of this study is to investigate the role of ML and AI in enhancing BCI closed-loop systems for health care applications. Specifically, we aim to analyze the methods and parameters used in these systems, assess the effectiveness of different AI and ML techniques, identify key challenges in their development and implementation, and propose a framework for using BCIs in the longitudinal monitoring of AD/ADRD patients. By addressing these aspects, this study seeks to provide a comprehensive overview of the potential and limitations of AI-driven BCIs in neurological health care. Methods: A systematic literature review was conducted following PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) guidelines, focusing on studies published between 2019 and 2024. We sourced research articles from PubMed, IEEE, ACM, and Scopus using predefined keywords related to BCIs, AI, and AD/ADRD. A total of 220 papers were initially identified, with 18 meeting the final inclusion criteria. Data extraction followed a structured matrix approach, categorizing studies based on methods, ML algorithms, limitations, and proposed solutions. A comparative analysis was performed to synthesize key findings and trends in AI-enhanced BCI systems for neurorehabilitation and cognitive monitoring. Results: The review identified several ML techniques, including transfer learning (TL), support vector machines (SVMs), and convolutional neural networks (CNNs), that enhance BCI closed-loop performance. These methods improve signal classification, feature extraction, and real-time adaptability, enabling accurate monitoring of cognitive states. However, challenges such as long calibration sessions, computational costs, data security risks, and variability in neural signals were also highlighted. To address these issues, emerging solutions such as improved sensor technology, efficient calibration protocols, and advanced AI-driven decoding models are being explored. In addition, BCIs show potential for real-time alert systems that support caregivers in managing AD/ADRD patients. Conclusions: BCI closed-loop systems, when integrated with AI and ML, offer significant advancements in neurological health care, particularly in AD/ADRD monitoring and neurorehabilitation. Despite their potential, challenges related to data accuracy, security, and scalability must be addressed for widespread clinical adoption. Future research should focus on refining AI models, improving real-time data processing, and enhancing user accessibility. With continued advancements, AI-powered BCIs can revolutionize personalized health care by providing continuous, adaptive monitoring and intervention for patients with neurological disorders.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,014
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,048
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Revue systématique · Signal consensuel: Revue systématique
GenreSignal candidat: Synthèse · Signal consensuel: Synthèse
Score de désaccord entre enseignants0,014
Score d'incertitude au seuil0,072

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0140,048
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0060,008
Bibliométrie0,0130,012
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0030,003
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,315
Écart entre enseignants0,299 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeRevue systématique
Domainenon disponible
GenreSynthèse

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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