[发明专利]视听联合刺激产生事件相关电位的特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑-机接口领域，尤其是视听联合刺激产生事件相关电位的特征提取方法。

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)技术是通过计算机监测、识别大脑思维意念信号模式，产生可控制和操纵周边通讯或工作设备的指令，以达到预想操作目的或实现与外界信息交流功能。BCI可以帮助肢体残疾但思维意识正常的患者，使他们在一定程度上修复与外界的信息交流能力，从而改善他们的生活质量，这是BCI研究的初始目的之一，也是目前最受认可的一个直接应用途径。

与感觉、认知密切相关的事件相关电位(ERP)是脑-机接口(BCI)系统自主意识信息转化的经典范式之一。经典的ERP主要成分包括P1、N1、P2、N2、P3，其中前三种称为外源性成分，而后两种称为内源性成分(如图1)。这几种成分的主要特点是：首先不仅仅是大脑单纯生理活动的体现，而且反映了心理活动的某些方面；其次，它们的引出必须要有特殊的刺激安排，而且是两个以上的刺激或者是刺激的变化。从而对于ERP的研究实际上就是对这些主要成分的分析。

最初对于事件相关电位的研究主要是单通道的刺激，如视觉刺激，听觉刺激，体感刺激等。随着信号处理方法和硬件技术的发展，对于ERP的研究开始向双通道刺激转换，如视觉-听觉刺激，听觉-体感刺激等。视听联合刺激是近年神经电生理领域的热点之一，研究表明它具有波幅高、潜伏期短且含有高维度空间分布信息的特点，可弥补单一感觉诱发ERP信息过少、不利识别的缺陷，从而提高信息转化速度和分类准确率。

理论上说，神经系统不同感觉通路之间并不是完全隔绝分离，而是存在相互整合的现象。多感觉整合对于人类感知、记忆等具有重要作用。俞黎平在其文献中提出了多感觉的行为和心理效应，并介绍了感觉皮层的跨模式可塑性。

最近国外的研究结果否认了之前认为的各个感觉通道对于外部事物获取相对独立信息的假设，Driver等提出：从一个感觉通道获取的信息可以影响大脑对原属于另一感觉通道信息的判断。比如在听觉刺激的同时输入与之相应的视觉信息，就会加强对听觉信息的理解；尽管体感刺激本身不会传递颜色信息，但是在给定位置施加体感刺激也会提高人对于视觉颜色的判断等等。这些例子都表明一个通道的信息内容有可能影响另一个感觉通道的信息加工过程。

发明内容

为克服现有技术的不足，弥补现有技术在空间采样密度上的缺陷，使系统兼具有超灵敏度和高时空分辨测量性能，继而实现高质量的多组分、多参数成像功能。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：视听联合刺激产生事件相关电位的特征提取方法，采集实验数据后，进行下列步骤：

首先利用CZ导联处P300信号的时域信息作为已知的先验知识确定p300信号出现的时间，并将其作为时域约束来构造参考信号；然后对采集到的脑电数据进行受时域信息约束的独立分量分析，提取出最能体现信号特征的一个信源。

所述时域约束条件表示成：

D(ω_j)＝ξ-ε(ω_j)≤0                                 (1)

式中ωj是解混矩阵W中的某一行矢量，而待求解量y_j＝ω_jx；ε(ω_j)表征估计得的与参考信号r间的相似程度；ξ是其阈值。

所述进行受时域信息约束的独立分量分析是采用FICA算法，用下面的公式近似表示负熵：

J(y)≈ρ{E[G(y)-G(g)]}²                               (2)

式中ρ是正常数，g是零均值、单位方差的高斯信号，y是待提取的信源，它也是单位方差的，G(·)可以取任何非二次函数；

用y_j与r间的均方误差或互相关作为相似程度的度量，当采用后者作度量时，互相关愈大愈相似，有：

D(ω_j)＝ξ-E[CCR(r，ω_jx)]≤0                         (3)

式中：CCR代表互相关，此时ξ是最优互相关的下限，于是算法可以表示成：

选ω_j使F(ω_j)＝ρ{E[G(ω_jx)]-E[G(g)]}²极大            (4-1)