[发明专利]一种基于BCI装置脑电波采集分析的情绪展示设备

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于BCI装置脑电波采集分析的情绪展示设备，涉及脑电信号处理技术领域。

背景技术

脑机接口(brain-computerinterface，BCI)，有时也称作“大脑端口”directneuralinterface或者“脑机融合感知”brain-machineinterface，它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑(例如视频重建)，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。

BCI是一种基于脑电信号来实现人脑与计算机或其它电子设备进行通讯和控制的系统，它是一个不依靠外周神经和肌肉组织等通常的大脑输出通道的通信系统。换言之，BCI是在人脑与计算机之间建立的直接的交流和控制通道，通过这种通道，人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备，而不需要语言或肢体动作。

脑机接口包括侵入式和非侵入式，侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉(例如视觉)以及瘫痪病人的运动功能。此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因而所获取的神经信号的质量比较高。但其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织(疤)，进而导致信号质量的衰退甚至消失。和侵入式脑机接口一样，研究者也使用非侵入式的神经成像术作为脑机之间的接口在人身上进行了实验。用这种方法记录到的信号被用来加强肌肉植入物的功能并使参加实验的志愿者恢复部分运动能力。

作为有潜力的非侵入式脑机接口已得到深入研究，这主要是因为该技术良好的时间分辨率、易用性、便携性和相对低廉的价格。脑磁图(MEG)以及功能核磁共振成像(fMRI)都已成功实现非侵入式脑机接口。脑电波作为输出信号也可以有着多种多样的使用方法，例如通过对脑电波的分析更直观的体现人的心理和思维互动。

在脑电波相关研究过程中，普遍采用非侵入式的神经成像术作为脑机之间的接口在人身上进行了实验。虽然这种非侵入式的装置方便佩戴于人体，但是由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元发出的电磁波的分散和模糊效应，但很难确定发出信号的脑区或者相关的单个神经元的放电，记录到信号的分辨率并不高。这种信号波仍可被检测到，但信号信噪比较低，对后处理的要求较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于BCI装置脑电波采集分析的情绪展示设备，通过fMIR数据对脑电信号进行定位分析，并使用独立成分分析方法(IndependentComponentCorrelationAlgorithm,ICA)简化实际计算的复杂度，克服了非侵入式脑电信号分辨率低、干扰大的缺点，将输出的脑电波信号经过数模转换，对应的输出至不同颜色的彩灯，展示被观测者不同的情绪变化。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于BCI装置脑电波采集分析的情绪展示设备，包括顺次连接组成BCI装置的前端脑电波信号采集设备、脑电波信号预处理模块、脑电波信号特征提取模块、脑电波信号模式识别模块、数模转换接口电路模块，还包括与数模转换接口电路模块的输出端相连接的彩色灯带，其中，

所述前端脑电波信号采集设备采集被测者的脑电波信号；

所述脑电波信号预处理模块对采集到的脑电波信号进行数字滤波，去除无关的噪声信号；

所述脑电波信号特征提取模块对去噪后的噪声信号进行小波包分解，获取脑电波信号的特征向量；

所述脑电波信号模式识别模块使用特征向量对支持向量机分类器进行训练，训练后的支持向量机分类器对被测者的脑电波信号进行识别；

所述数模转换接口电路模块将经过识别的不同类型情绪对应的脑电波信号转换成相应的控制信号发送至彩色灯带。

作为本发明的进一步优选方案，所述脑电波信号特征提取模块中，使用Db2小波函数对去噪后的信号进行4层小波包分解，获取脑电信号的特征向量。

作为本发明的进一步优选方案，所述前端脑电波信号采集设备为带有电极的128通道Neuralynx脑电记录分析扫描帽。

作为本发明的进一步优选方案，所述脑电波信号特征提取模块和所述脑电波信号特征提取模块中，将大脑皮层中产生的9-13Hz的电信号定义为节律，采用小波包4层分解，将信号正交地分解到32个独立频带，使得节律的正弦信号划归到相应的第二频带里，取得第二层的分解系数和能量作为特征向量。

作为本发明的进一步优选方案，所述前端脑电波信号采集设备采集被测者的脑电波信号，具体步骤包括，