[发明专利]基于运动想象脑电控制遥控小车的训练方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，更一步涉及在生命科学领域中应用脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)系统的基于运动想象脑电遥控小车的训练方法。本发明中关于运动想象脑电控制遥控小车的训练方法。可以更好地让被试融入到整个运动想象训练过程中，进一度提升所采集脑电信号的质量，从而提高整个BCI系统的分类性能，更好地实现对外界设备如鼠标、轮椅、开关等地控制，最终达到利用运动想象进行康复训练以及更有效地提高肌肉和神经障碍者的生活的目的。 

背景技术

在准备和执行单侧手指运动想象时，人们大脑皮层的功能性连接发生改变，从而导致其对侧大脑运动感觉区mu和beta节律的脑电信号能量减弱，而其同侧大脑运动感觉区mu和beta节律的脑电信号能量增强。这种想象单侧手指运动时特定脑区特定频率脑电信号的能量变化，被称为事件相关去同步现象。该现象是判别左右手指运动想象脑电信号最根本的特征。因此，通过受试者运动想象时脑电信号的分析，判别受试者运动想象的方向，从而实现对外界装置的控制。目前，诱发受试者进行运动想象的方法主要有视觉刺激和听觉刺激。 

视觉刺激主要是通过明确的方向标识来给受试者提供刺激，让受试者根据相应的方向进行运动想象。而听觉刺激一般则用于辅助提示，提示受试者实验开始或结束等。 

江西蓝天学院在其专利申请文件“基于想象脑电的游戏辅助控制方法”(申请号200810107345.1，申请日2008.11.05，公开号101430600)中提出了一种通过游戏刺激来辅助控制的控制方法。该方法通过游戏中模拟小车的左右运动来提供刺激，有效地提高了受试者参与实验的积极与主动性，在一定程度上提高了采集到的脑电信号的质量。但是，该方法存在的不足是，所提供的游戏辅助方法只是单纯的利用游戏中小车来刺激受试者，并没有将最后的分类结果实时反馈给受试者，不能使受试者对运动想象时间和程度进行实时调节，没有真正实现让受试者主动参与到整个实验中，从而对整个实验效果会产生有一定的影响。 

而对于现有的其它训练方法，只是单纯的通过显示器上的左右箭头来给受试者提供刺激，存在训练时间长、过程枯燥难耐、受试者容易走神、注意力不集中和打瞌睡 等缺点，并没有让受试者积极主动地参与到整个实验中，对整个实验效果会有一定的影响。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有基于运动想象脑电的训练方法的不足，提出一种基于运动想象脑电控制遥控小车的训练方法。该方法充分考虑受试者训练过程中容易受犯困、厌倦等情绪的影响，让受试者在整个训练过程中掌握主动，有利于提升所采集到的脑电信号的质量，从而获得更高的分类正确率。 

实现本发明方法的主要思路是：当用户要控制遥控小车左右移动时，不用进行任何的肢体语言或动作，只需要想象左手或右手运动，此时，头皮上对应的运动感觉区电极记录的脑电信号中μ节律和β节律上就会产生特定的ERD/ERS现象，计算机得到脑电信号后，通过分析脑电数据的ERD/ERS现象的空间分布特征，可以识别出用户到底是在想象左手运动还是右手运动，从而将控制命令传给遥控小车控制部分，控制小车的运动，并反馈给受试者，让受试者进一步调整想象过程，从而提高分类正确率。 

根据上述主要思路，本发明方法主要包括两种训练方法，离线模式训练方法和在线反馈模式训练方法； 

所述的离线模式训练方法的具体步骤如下： 

(1)小车运动： 

通过遥控小车遥控器控制小车左右运动，给受试者提供视觉刺激，引发受试者的想象单侧手指运动。 

(2)信号采集： 

脑电信号采集系统通过受试者佩戴的电极帽，采集受试者想象单侧手指运动产生的脑电信号。 

(3)数据预处理： 

3a)空间滤波：采用共同平均参考的方法，将受试者电极帽上每个电极采集的脑电信号减去所有电极采集的脑电信号的均值，得到共同平均参考空间滤波后的脑电信号； 

3b)基线校正：将共同平均参考空间滤波后的脑电信号减去基线，得到基线校正后的脑电信号； 

3c)带通滤波：利用有限脉冲响应滤波器，对基线校正后的脑电信号进行带通滤波，得到频带为4-40Hz的脑电信号； 

3d)截取信号段：利用EEGLAB软件，在带通滤波后的脑电信号中截取受试者想象单侧手指运动过程中的脑电信号段，得到预处理后的脑电信号。 

(4)获得CSP参数： 

利用共空间模式方法CSP对预处理后的脑电信号进行处理，得到脑电信号特征参数及CSP参数。