[发明专利]运动想象脑机接口通信方法、装置、系统、介质及设备

说明书

本发明提供一种运动想象脑机接口通信方法、装置、系统、介质及设备，所述运动想象脑机接口通信方法包括：获取带标签的脑电数据，并将所述脑电数据划分为训练集和验证集；随机选取数个源域受试者作为混合域，基于所述混合域对应的训练集的脑电数据获得混合源域模型；基于所述训练集中各源域受试者的脑电数据分别对所述混合源域模型进行训练，获得分别与各源域受试者对应的目标域模型。本发明可以提高运动想象脑机接口的分类性能，并且实现运动想象脑机接口在现实中的部署。

技术领域

本发明属于脑-机接口的通信与计算技术领域，涉及检测方法和反馈系统，特别是涉及一种运动想象脑机接口通信方法、装置、系统、介质及设备。

背景技术

脑机接口是一种新型的通过从人体头颅表面采集的脑电信号实现人脑与外部设备信息交互的的技术。脑机接口的几种主要的实现方式按照所提取的脑电信号种类可以分为P300脑机接口，运动想象脑机接口和SSVEP(Steady-state visual evoked potential，稳态视觉诱发电位)脑机接口等。其中，运动想象脑机接口在医疗康复领域和非医疗领域的拥有巨大应用场景，因而被许多研究人员所关注。运动想象任务是通过想象执行一项特定任务而不实际执行来完成的。当前研究中广泛使用的运动想象任务是对右手、左手、右脚、左脚、双脚和舌头等身体部位的想象；许多其他任务也在研究中，如与肘部、拳头和手指有关的运动。人在进行运动想象的过程中，大脑皮层会产生两种变化明显的节律信号，分别是8-15Hz的μ节律信号和18-24Hz的β节律。在运动想象时，神经元细胞被激活、新陈代谢速度加快，大脑皮层对侧运动感觉区的脑电节律能量会明显降低，而同侧运动感觉区的脑电节律能量增大，这种现象称为事件相关去同步(Event Related Desynchronization，ERD)/事件相关同步(Event Related Synchronization，ERS)。基于这种关系，通过人大脑主动控制左、右脑、节律幅度的高低就可以产生多种控制指令。大脑控制过程会产生左右手运动想象的ERD/ERS现象。ERD/ERS现象与大脑的真实运动意图具有很强的相关性，同时它是被试者通过自主运动想象产生的，不需要执行实际的肢体活动，也不需要外部的刺激。因此，通过解码ERD/ERS现象形成时脑电信号中的运动意图，非常适合作为脑机接口控制外部设备的指令依据。特别是对于那些截瘫、肢体残缺的患者，可以通过运动想象的方式来控制诸如外骨骼、轮椅、机械臂等外部设备进行康复训练、辅助行走。

一个完整的运动想象脑机接口系统包含三个重要的技术步骤，分别是信号采集，信号处理，外部设备控制与反馈。具体地，在信号采集阶段，受试者需要进行特定部位的运动想象，一般手部想象的动作为握球或汽车换挡等，下肢想象动作为脚趾抓地等。动作的想象需要持续一定时间(通常为2–4秒)，这样一来，对应部位的ERD/ERS信号便会在受试者的大脑皮层产生。同时，通过给受试者佩戴电极帽，布置于其上的电极就可以通过非侵入式的方式采集得到头皮表面的脑电信号，并通过线缆将信号传递至模数转换模块和数据转发模块等，然后在上位机上得到标准化的脑电数字信号。通过对该数字信号使用特定的算法进行处理分析，就可以知道受试者想象运动的是哪一个身体部位，以及其所尝试输出的控制指令具体是什么，并最终将该控制指令传递至外部设备以实现控制效果。外部设备的控制效果作为反馈信号，对受试者的运动想象进行反馈调节，从而完成整个运动想象脑机接口的工作流程。