[发明专利]一种通过视觉诱发电位来实现的脑机接口系统及方法

说明书

本发明公开了一种通过视觉诱发电位来实现的脑机接口系统及方法，包括：分别产生具有不同运动速度和/或不同运动方向的刺激源；采集用户通过视觉感知多个刺激源中的目标刺激源时在大脑IVB层中产生的包含方向信息和/或速度信息的脑电信号；对脑电信号进行预处理；计算脑电信号的能量，得到刺激源的运动方向，以及计算脑电信号的频率，得到刺激源的运动速度，确定目标刺激源；输出与目标刺激源对应的控制信号，以驱动能够辅助用户的外部控制设备来实现用户希望达到的目标。本发明提高了目标刺激源的判断精度，提供了足够多的识别目标用于对外部设备的控制，为脑部功能正常而语言、运动等功能受损的病人提供与外界进行沟通交流的途径。

技术领域

本发明涉及医学信息智能处理技术领域，尤其是涉及一种基于运动方向及运动速度的通过视觉诱发电位来实现的脑机接口系统及方法。

背景技术

基于脑电对运动方向视觉诱发响应的控制系统是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立的直接的交流和控制通道，通过这种通道将脑电信号直接转化成控制信号，以通过人脑来表达想法或操纵外接控制设备，不需要通过语言或肢体的动作。这种系统与普通的人机接口的主要差别在于，前者不需要任何种类的肌肉响应，只需要直接检测反应大脑的响应性或目的性活动的信号。

在现有技术中，实现基于视觉诱发响应控制系统的较为直接的方法有：

一、利用基于频率的稳态视觉诱发方法

当人眼注视大于4Hz的视觉刺激时，就会诱发大脑产生稳态视觉诱发信号。该信号与刺激源具有相同的基频和谐波频率。因此分析大脑诱发后产生的信号频率可判断出被试者眼睛注视的频率。实验中赋予不同频率光刺激信号以不同意义，即可推断出被试者具体的需求。

二、利用基于P300的视觉诱发方法

P300是一种事件相关电位，其峰值大约出现在事件发生300ms后，相关事件发生的概率越小，所引起的P300越显著。研究发现，P300是一种内源性成分，它不受刺激物理特性的影响，与人们的知觉或认知心理活动有关，并与人们的注意、记忆、智能等加工过程密切相关。因此，通过检测脑电信号峰值出现的时间即可找到对应时刻的视觉刺激目标，该目标即是人们脑中所想目标。

三、利用基于N200的视觉诱发方法

N200是指刺激出现200ms后的电位抑制现象，涉及词形的加工，在视觉通道呈现词汇会诱发N200，并出现重复增强现象。因此可以用于词形加工认知过程的研究也可以在分类识别后的系统辨识及外部设备控制。

由于脑电信号幅度小，信噪比低，易受干扰，因此难以达到很高的目标判断的正确率和较快的脑电信号响应和处理速率。虽然经过多年发展，稳态视觉诱发领域已经有成熟的研究，分类正确率也有很大的提高，但是现有的脑机接口技术如稳态视觉诱发系统的频率分辨率较低，导致在有限的诱发频率范围内可供诱发的频率数量有限，难以适用于指令数量要求较多的场合。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于通过视觉诱发电位来实现脑机接口的方法，包括以下步骤：控制多个视觉刺激器分别产生具有不同运动速度和/或不同运动方向的刺激源，以使得每个刺激源以一定的运动速度沿规定的运动方向循环运动；采集用户通过视觉感知多个刺激源中的目标刺激源时在大脑IVB层中产生的包含方向信息和/或速度信息的脑电信号；对所述脑电信号进行预处理；计算脑电信号的能量，得到刺激源的运动方向，以及计算脑电信号的频率，得到刺激源的运动速度，确定所述目标刺激源；输出与所述目标刺激源对应的控制信号，以驱动能够辅助用户的外部控制设备来实现用户希望达到的目标。

优选地，在计算脑电信号的能量，得到刺激源的运动方向步骤中，进一步包括：将所述脑电信号的幅度曲线作积分运算，得到相应的所述脑电信号的能量；根据所述脑电信号的能量，利用预设的能量与运动方向关系库，确定所述目标刺激源的运动方向。