[发明专利]视觉运动相关神经信号为载体的人机交互方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及一种视觉运动相关神经信号为载体的人机交互方法，属于生物医学工程及人机交互技术领域，可作为无手操作的新型的计算机交互方法，也可作为残障人士操作计算机的方法。

背景技术

人与计算机的交互活动已经成为信息时代日常生活的重要组成部分，人机交互技术因此成为计算机科学研究的重要组成部分。特别是近年来，随着计算机技术的迅猛发展，研究更加人性化的全新的人机交互技术变得异常活跃，也取得了可喜的进步。除了最基本的鼠标、键盘等人机交互方式外，还包括以下内容：

1.基于人体动作识别的人机交互技术

目前较成熟的的基于人体动作识别的人机交互技术包括：人脸识别、面部表情识别、身体运动跟踪、眼动跟踪、手势识别等等。然而这些需要通过运动来实现的人机交互存在着一定的局限性。一般情况下，人脑和外部环境的通讯是通过外周神经和肌肉通道来完成，但这一通道可能会因为一些疾病或损伤而被削弱或破坏，例如脊髓侧索硬化症、脊髓损伤、脑瘫、肌萎缩等。另外，在某些特殊环境下，也需要组建一个非肌肉的通道，以传输信息，或控制外部世界。这些要求目前传统的人机交互技术是很难实现的。

2.基于神经信号的人机交互技术

脑机接口是基于神经信号的人机交互技术，它将人脑的信号直接转换成对外部设备的控制命令，解读由外界刺激或思维活动引起的大脑变化，通过构造人脑与计算机及其他设备间不依赖于人的正常输出通道的信息传输通路，使得大脑可以直接和外部环境进行信息交互。现有的基于脑电的BCI系统使用的信号主要包括事件相关电位、稳态视觉诱发电位、慢皮层电位、感觉运动节律。然而使用上述信号的脑机接口系统在识别正确率、信息传输率、个体差异、环境适应性等方面还有很多待解决的问题。这些脑机接口技术中，基于视觉诱发电位的人机交互方法最为成熟，也是交互速度最快的。但其弱点是依赖于闪烁的视觉刺激，需要较强的视觉对比度，有的对背景亮度也有要求。特别是当用于一般的计算机用户界面时，人机交互单元的背景亮度、对比度变化范围较宽，目前已有的脑机接口方法无法很好地实现这种环境下的人机交互。

运动感知是视觉系统的基本功能之一，视觉运动诱发电位在研究人的运动视觉处理机制中有重要价值，基础研究和临床诊断中都有着广泛应用。目前的研究集中在生理机制的探索研究，还没有应用到人机交互领域。本发明将视觉运动相关神经信号用于人机交互系统，是一种全新范式下的脑-机接口。与目前传统的人机交互方法相比，本发明不需要任何动作和语言，直接通过用户的脑电信号与外界交流，因此适用于残疾人等特殊人群，也适用于一些需要人际自动控制的领域。

与目前已有的基于稳态视觉刺激，P300电位等脑机接口系统相比，本发明具有适用范围，适用人群更广，人机交互界面更友好，用户操作不易疲劳等优点。如中国专利“基于P300脑电位的中文输入BCI系统”(200710164418.6)要求产生P300电位的两个前提是：1.对象期望的事件必须是小概率事件；2.此事件的具体发生时刻应该是随机的。而基于视觉运动相关神经信号的交互系统没有这些限制条件；此外，中国专利“基于瞬态视觉诱发电位提取脑机接口信号的方法”(200310121033.3)，以及“基于脑电稳态诱发响应的控制系统”(99122161.3)这类脑机接口系统中，要求界面有较高的对比度，所以，这些脑机接口系统只能在特定界面上实现简单的人机交互，而本发明中的人机交互方法和系统对刺激目标的大小，对比度要求很低，可以方便地与现在通用的计算机界面以及相应的软件结合起来，实现真实环境下的人机交互；另外，因为视觉运动刺激无闪烁，本发明相比上述的脑机接口系统，有低闪烁的特点，这样用户在使用时不容易疲劳，使人机交互的过程更加自然，友好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以视觉运动相关神经信号为载体的人机交互新方法，使得特殊场合和特殊人群的人机交互更加方便友好。

本发明的特征在于，该方法依次含有以下步骤：

步骤1，把包括运动的线条、图形、字母在内的视觉运动元素添加到包括菜单、选项、操作指令在内的计算机界面上的人机交互单元中，所述人机交互单元中的所述的视觉运动元素的运动时间起点互不相同，而且开始运动的先后顺序是随机的，这些随机排序的视觉运动多次反复出现；