[发明专利]一种基于alpha波的差错抑制脑机接口方法

说明书

本发明公开了一种基于alpha波的差错抑制脑机接口方法，被试依据不同实验范式进行基于脑机接口的控制，当被试有指令转换意图时，被试睁闭眼操作后进行另一指令的任务；通过被试主动闭眼诱发alpha波来对计算机发出指令转换意愿的指示，提示计算机被试将转换指令，从而避免计算机由于被试指令转换造成脑电特征不明显而导致的指令误判。此外本发明的alpha波可以被快速的识别，0.3s的数据即可达到很高的正确率，为了利用alpha波快速识别的优势，本发明采用对脑电信号进行数据单元累积的方法实现了指令转换意图的快速识别。经验证，本发明在BCI系统的输出差错抑制上具有良好的效果。

技术领域

本发明涉及生物医学工程中神经工程及脑机接口技术领域，具体涉及一种基于alpha波的差错抑制脑机接口方法。

背景技术

脑机接口(Brain-Computer Interface，BCI)是一种不依赖周围神经和肌肉组成输出通路的通讯系统。脑机接口系统一般由信号采集(采集、放大、滤波、转换)、信号分析(信号处理、特征提取、模式识别、分类)以及控制器(控制外界环境及设备)组成，首先对脑电信号(Electroencephalogram，EEG)进行采集,将采集到的EEG(脑电波)数据进行特征提取与分类，从而识别出被试的主观意图,最后，将被试的主观意图转化为不同的操作命令，以实现与外界通讯。

然而，当被试的主观意图(指令)发生转换时，此时的脑电信号处于两种功能模式的过渡阶段，其特征不易区分，会导致分类器的误判，最终造成控制指令出错。这在实际应用中存在极大的隐患，例如，当进行运动控制时，指令误判将会导致所控制的设备与其他物体发生碰撞或偏离轨道造成损失。

被试在主观意图发生转换时，对于计算机的处理而言，每次所处理的EEG数据可能既包含前一主观意图的EEG信号，也包含后一主观意图所对应的EEG信号，从而导致模式识别的困难。Alpha波是一种特征非常明显的脑电信号，多在清醒闭目时候出现，睁眼、思考问题、或接受其它刺激时消失，利用alpha波的这一特性，可对其进行有效的识别，从而将alpha波作为指示信号，向计算机直接传达指令转换的意图。

发明内容

本发明提供了一种基于alpha波的差错抑制脑机接口方法，通过兼具识别速度及精度优势的alpha波进行BCI系统输出指令的差错抑制。

一种基于alpha波的差错抑制脑机接口方法，包含以下步骤：

(1)被试进行脑机接口控制，当被试有指令转换意图时，被试进行睁闭眼操作后进行另一指令的任务；

(2)在步骤(1)中被试进行脑机接口控制时，以T_s为时间单位，实时采集脑电波信号作为指令识别判断的数据单元，进入步骤(3)；

(3)根据公式(1)对步骤(2)采集到的长度为T_s的脑电波信号{X(i),i＝1,…,L}提取其特征F，其中L＝T_s×f_s为数据长度，f_s为采样率，T_N通常取值为4～6，m为线性回归时的自变量，Y为线性回归时的因变量，k为线性回归的斜率,b为线性回归的截距：

通过支持向量机识别特征F，从而判断步骤(2)采集到的脑电波信号中是否存在alpha波；

若有alpha波，判断被试有指令转换意图，不进行控制指令输出，若没有待识别脑功能信号，则直接回到步骤(2)，若有待识别脑功能信号则清零后回到步骤(2)；

若没有alpha波，则进入步骤(4)；

(4)将步骤(2)采集的脑电波信号作为待识别脑功能信号，以T_s为一个时间单位进行累积存储，并判断脑功能信号长度是否等于4T_s～10T_s，若等于，则进入步骤(5)，否则回到步骤(2)；