[发明专利]一种利用内源性频率标记技术反映大脑脑部信号的脑机接口方法及系统

说明书

本发明涉及脑磁图和脑电图领域，具体公开了一种利用内源性频率标记技术反映大脑脑部信号的脑机接口方法及系统，其中，大脑产生的内部言语表象是指跟随一系列周期性播放的参考声音进行内心默数若干数字的心理操作，其周期性活动是指将产生内部言语表象的节奏控制为特定的预设频率，从而产生该目标频率的能量提升现象。本发明利用大脑活动能够受到自上而下调节的特性，首次对内源性的言语心理表象做频率标记，拓展了脑机接口目标频率成分的范围，同时，内源性的言语心理表象具备较高的灵活性，可预设多种目标频率，可提高输出信号指示范围的灵活性。

技术领域

本发明涉及脑磁图和脑电图领域，具体涉及一种以对内源性言语表象活动进行频率标记为关键技术反映大脑脑部信号的脑机接口方法及系统。

背景技术

脑机接口(Brain Computer Interaction,BCI)是指一种在外周运动神经或肌肉信号缺失的情况下，只通过大脑的神经活动向外部设备输出指令，从而形成人脑与外部世界直接交流的技术手段。其核心技术是通过非侵入式的信号获取装置包括脑电图(Electroencephalography，EEG)和脑磁图(Magnetoencephalography，MEG)记录大脑的复杂神经活动，利用计算机处理和识别信号中隐藏的模式，转换成为计算机的输出，从而完成对外部设备的控制。

频率标记(Frequency Tagging)是指神经活动通过快速傅里叶变换(FastFourier Transformation,FFT)转换为频率表征后，在特定频率上具备差异化的幅值和能量的现象。常见的用于脑机接口方法的频率标记技术有视觉稳态诱发电位(Steady StateVisual Evoked Potential，SSVEP)，它是指大脑在接受不同频率的闪烁图案时所呈现的与外界刺激频率一致的脑部频率响应。具体来说，使用者在选择性注视不同频率闪烁模块时大脑能够产生不同的频率响应，从而为脑机接口装置提供一种反映使用者选择性注视的指标。但值得注意的是，SSVEP本质上仍依赖于外源性的周期性图案的刺激，而非大脑自发产生的内源性周期性神经活动。

发明内容

鉴于上述内容，本发明利用大脑产生内部言语表象(speech imagery)这一过程中产生的周期性活动作为内源性的频率标记指标，来反映大脑的脑部信号，而不局限于对外界闪烁图案的反应。其中，大脑产生的内部言语表象是指跟随一系列周期性播放的参考声音进行内心默数若干数字的心理操作，其周期性活动是指将产生内部言语表象的节奏控制为特定的预设频率，从而产生该目标频率的能量提升现象。

本发明的目的是提供一种利用内源性频率标记技术反映大脑脑部信号的脑机接口方法，并能够达到可靠的判断正确率。该方法能够拓展脑机接口系统中所使用的频率标记信号的类别范围，使得目标频率信号不局限于SSVEP。

一种利用内源性频率标记技术反映大脑脑部信号的脑机接口方法，包括以下步骤：

(1)播放听觉刺激作为参考音；

(2)采集使用者脑部神经活动信号并存储；

(3)对采集到的脑部神经活动信号进行快速傅里叶变换，获得频率空间的能量分布，提取与预设的内源性言语心理表象频率一致的目标频率能量峰值及相邻基线频率峰值；

(4)对内源性频率能量峰值进行分类检测，基于检测结果对使用者动机进行判断，得到脑机接口控制信号；

(5)通过所述脑机接口控制信号控制产生输出指令。

进一步地，在步骤(1)中采用声音刺激器播放周期性声音刺激，声音内容可以是纯音、白噪音、语谱噪音等各种短音中的一种，声音播放周期频率可变，变化范围基于使用者能够跟随声音刺激产生言语表象的范围，频率过高会导致使用者无法很好地跟随声音刺激，因此所述周期性声音刺激的频率不高于8Hz。