[发明专利]一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑机接口技术（Brain-ComputerInterface，BCI），具体涉及一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法，可应用于脑机接口技术研究的体感诱发硬件装置、实验范式以及流程控制和信号处理的软件模块，尤其涉及基于触觉的诱发型脑机接口系统实验。

背景技术

脑机接口技术（Brain-ComputerInterface，BCI）是将采集到的脑电信号处理并转换成为控制指令从而实现信息传达的一种新型人机交互方式。它通过检测并判别脑电信号在不同大脑活动中所能产生的时空特征来识别人的意图。脑机接口技术的研发和设计初衷是为了帮助运动神经疾病患者，它不需要肢体接触，即可完成对外界事物的操作和表达。其基本原理是：人脑在进行不同思维活动或受到不同类型的外部刺激（如视觉、听觉或触觉）时，其神经活动会在脑电信号中体现出不同的模式，通过实时采集并提取这些模式的特征，再经过模式识别分类器的处理，就能够甄别用户目前正进行着什么样的意识活动或承受什么样的生理刺激。由于这种人机交互手段不依赖于神经系统和肌肉组织，所以它能帮助那些由于意外事故、疾病等原因丧失部分甚至是全部交流能力的病人实现与外界环境的交流与操控。目前，BCI技术在助残、康复工程、娱乐等领域的应用前景受到了国内外专家学者的广泛关注。

第一次BCI国际会议根据输入信号的性质把BCI系统分为两大类，分别是无需外界刺激的自发型BCI系统和需要外界刺激的诱发型BCI系统。基于自发脑电信号的BCI系统是应用自发脑电信号作为系统的输入特征，其特点是用户在经过训练之后，能够根据主观意图自主调节脑电信号的输出，从而调整脑机系统对于外界对象的控制，但通常使用者需要经过长时间的训练才能达到较为理想的输出效果，同时还容易受到被试生理、心理状态等各种因素的影响。诱发型BCI系统使用外界刺激后产生的脑电信号作为输入信号，并将其特征作为分类依据。外部诱发BCI系统不需要对使用者进行特殊的训练，但需要特定的刺激（如矩阵排列的视觉闪烁刺激块、时序先后排列的声音刺激等）作为诱导脑电信号产生的源，通常使用者观察外部环境和被控物体状态是通过视觉通道，则采取视觉通道作为输入刺激的通道构建的是视觉非独立脑机接口，这对于系统的应用产生了一定的阻碍，所以在诱发型脑机接口的设计并期望其走向应用的过程中，通常采取视觉独立型为设计目的。根据输入信号的性质的不同，脑机实验范式的设计也有所不一样，同时脑电电极采集的位置也有所不同。

根据脑电信号的采集方式，则可以将BCI分类侵入式和非侵入式两种形式。侵入式脑电采集方式直接将电极和大脑皮层接触或植入大脑皮层中，从而使得采集到的脑电信号噪声小、损失低且还原度高。但由于涉及外科手术，不仅操作复杂，需要有专业背景的医务人员完成，容易感染，对使用者有健康安全隐患，同时也不利于便捷的实验方式，每当要对采集电位进行调整，可能都会需要一次手术才能完成。非侵入式的脑电采集方式，操作简单，对于被试安全，更加利于BCI技术的推广，但由于采集装置距离信号源较远，不可避免的损失了一些信号精度，并且使得原始信号噪声较大。目前，脑机接口技术研究中一般使用与头皮接触、无损伤的非侵入式信号检测方法。