[发明专利]耳内和耳周围的EEG大脑计算机接口

说明书

用于使用者耳朵的基于脑电图(EEG)的大脑‑计算机接口，该接口具有带有柔性基座的耳后件。该柔性基座被成形为大体适配于使用者的耳朵后方，并且具有至少一个电极，该电极被定位成接触覆盖使用者头骨的颞骨的一部分的皮肤。柔性基座还具有楔形件，该楔形件被成形为接触耳朵的反螺旋形褶皱和/或外耳，以在覆盖使用者头骨的颞骨的皮肤的一部分上，产生并维持多个电极的至少一个电极对该处皮肤的足够压力和接触。该接口被适配为产生由电极测量的电压波动，以确定脑电活动。一种使用基于脑电图(EEG)的大脑‑计算机接口来确定大脑活动迹象的系统。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年9月15日向美国专利商标局提交的题为“An Intra-andcircum-aural EEG Brain Computer Interface”的第62/559,133号美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及利用脑电图记录脑活动。更具体地，本发明涉及用于利用脑电图记录大脑活动的大脑-计算机接口。

背景技术

大脑-计算机接口(BCI)可以在绕过人类运动系统的同时直接将人类意图转换为独立的命令。当前使用的大多数非侵入式BCI系统都是基于使用新近发展的移动EEG解决方案的脑电图(EEG)记录技术。但是，当前的非侵入式BCI系统仍然具有较大的局限性。尽管当前的系统可能对运动具有鲁棒性并且能够将人体运动抽象化，但是当前的系统可能是笨重的并且对其他人可见，可能不适于社交场合或体育活动中的使用。实际上，将基于移动EEG的BCI系统的传感器用在社交场合中并不足够隐蔽，并且在进行诸如跑步、游泳，骑自行车等身体活动时可能会很麻烦。

例如，当尝试测量可记录的电生理反应的听觉稳态响应(ASSR)时，将至少一个电极120(例如现有技术图1B中所示)有策略性地放置在人头皮上以获取大脑活动。ASSR对应于由一种或多种刺激引起的大脑活动，其中刺激以特定频率(Fm)进行幅度调制的载波频率(Fc)为特征。实际上，当一个人受到这样的刺激时，与该刺激有关的EEG频谱的频谱功率将在Fm处显现，并且也可能在其谐波处出现。通过使用称为“MASTER system^TM软件的多听觉稳态诱发响应进行ASSR记录和刺激产生，该软件是由Rotman Research Institute(一个国际人脑功能研究的国际中心)开发的基于LabVIEW^TM的软件。

MASTER system^TM是由Michael S.John和Terrence W.Picton设计的数据采集系统，用于通过记录听觉稳态响应来评估人的听力。基于LabVIEW^TM的环境同时生成多个幅度调制和/或频率调制的听觉刺激，获得针对这些刺激的电生理响应、在频域中显示这些响应，并确定这些响应是否明显大于背景生理活动。

现有技术图1A示出了MASTER系统100的多种硬件组件。MASTER system^TM 100包括PC 101、采集板104、可变增益放大器106、听力计108、换能器110(通常是耳机或耳塞)、EEG放大器112，同轴电缆和音频电缆。另外，如在现有技术图1B中同时呈现的，系统100使用镀金电极120组，例如置于在头顶(Cz)处的捕获电极122、置于颈部背面(靠近发线)的参考电极124，以及置于锁骨上的接地电极126。

由单个PC 101监测MASTER system^TM100的所有组件。来自NI-USB 6229板104的模拟输出的刺激信号被运算放大器106以-0.5的增益进行衰减，因此它们可能被传递至听力计108的“CD输入”，从而使操作员能够调整换能器(例如耳机或耳塞)传递的刺激的水平。并行地，ASSR由置于头顶(+)122、发线(ref)124，和锁骨(接地)126处的电极(122、124，和126)头皮记录，随后由EEG放大器112放大，然后到达连接至计算机101的数据采集板104的模拟输入端。数据通过基于LabVIEW^TM的软件进行在线处理。