[发明专利]基于周期性运动想象任务的异步脑机接口开关控制方法

说明书

本发明公开了一种基于周期性运动想象任务的异步脑机接口开关控制方法，涉及自动控制领域，方法包括以下步骤：用户操作，当需要触发脑机接口开关时，用户执行周期性运动想象任务，产生周期性变化的脑电信号；非侵入式头皮脑电数据采集与预处理；提取脑电信号在线特征；将特征信号映射为虚拟力；将虚拟力作用于虚拟动力学系统中以驱动虚拟动力学系统状态变化和振荡；根据虚拟动力学系统状态对脑机接口开关触发控制；将虚拟动力学系统的状态反馈给用户，用户根据虚拟动力学系统的节奏和周期完成周期性运动想象任务。本发明构建了一种新型开关触发模式，提高了开关控制的可靠性，实现了对外部设备等的开关可靠控制，改善了脑机接口系统的实用性。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于周期性运动想象任务的异步脑机接口开关控制方法。

背景技术

目前，残疾人的生活质量受到社会各界广泛关注。某些疾病如运动神经元病等疾病会造成患者行动障碍，生活不能自理，生活质量严重下降。脑机接口(brain computerinterfaces,BCI)作为一种直接在大脑与外接设备之间建立信息交互通路的技术，能够帮助残疾患者通过大脑活动，绕过传统的神经肌肉通路，直接与外界进行交流和控制。通过脑机接口技术，残疾患者可以自行驾驶轮椅、控制机械臂等设备完成某些简单的动作，有望改善这一群体的生活质量。

运动想象(Motor Imagery，MI)的定义为，当人进行动作执行、动作意图和动作想象或其他心理活动时，大脑的感觉运动皮层的α频带(8-13Hz)、β频带(14-26Hz)会出现能量降低的现象，而γ频带(30Hz)则呈现能量升高的现象。基于运动想象的脑机接口目前已经实现了光标移动控制、机械臂运动控制、轮椅运动控制等。

为了将运动想象控制的脑机接口系统应用于残疾人的生活，有必要提高异步脑机接口开关控制的效果。以使用户能够在希望启用脑机接口系统的时候可以尽快开启；而当用户在做其他事情，不希望使用脑机接口系统时，不容易出现误触发而错误开启系统。但由于脑电信号具有信噪比低的特点，目前基于运动想象的脑机接口开关控制效果尚不理想，此类开关尚难以在误触发与主动触发时间之间获得良好的性能平衡。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于周期性运动想象任务的异步脑机接口开关控制方法，通过使用周期性运动想象任务和虚拟动力学系统实现了多个周期特征融合与衰减，构造出触发阈值，从而提高了脑机接口开关的特征可分性，使误触发大幅减少的同时，主动触发的速度仍在可接受水平。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何减少脑机接口开关的误触发的同时，主动触发的速度仍在可接受水平，并且其他不符合节奏的无关动作或想象也不会引起系统误触发。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于周期性运动想象任务的异步脑机接口开关控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、用户进行操作，当不需要触发所述脑机接口开关时，用户保持空闲态或执行无关事项；当需要触发所述脑机接口开关时，用户执行所述周期性运动想象任务，产生周期性变化的脑电信号；

步骤2、通过非侵入式头皮脑电装置采集用户的头皮脑电信号，并进行预处理；

步骤3、提取脑电信号在线特征，得到特征信号；

步骤4、将所述特征信号映射为虚拟力；

特征5、将所述虚拟力作用于虚拟动力学系统中以驱动所述虚拟动力学系统状态变化和振荡；

步骤6、所述虚拟动力学系统的状态达到设定阈值时触发所述脑机接口开关的输出指令，实现对所述脑机接口开关的控制；

步骤7、将所述虚拟动力学系统的状态反馈给用户，用户根据所述虚拟动力学系统的节奏和周期完成所述周期性运动想象任务。