[發(fā)明專利]一種腦機接口的二維光標控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010509561.6
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101980106A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 李遠清;余天佑;龍錦益;潘家輝
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦機接口領(lǐng)域，尤其是一種腦機接口的二維光標控制方法及裝置。

背景技術(shù)

腦機接口(brain?computer?interface，BCI)是指在人腦和計算機或其它電子設備之間建立的直接的交流和控制通道，它不依賴于腦的正常神經(jīng)輸出通路(外周神經(jīng)系統(tǒng)及肌肉組織)，是一種全新的人機接口方式，是近年來腦功能研究的熱點課題。腦機接口有植入式與非植入式兩大類。植入式腦機接口所獲得的信號精度相對較高，信噪比高，易于分析處理，但需要對使用者進行開顱手術(shù)，危險性比較大，目前主要用于動物實驗研究。非植入式腦機接口獲取的腦信號噪聲大，信號特征的可區(qū)分性差，但由于它的信號獲取相對容易，并且隨著信號處理方法和技術(shù)的不斷進步，對頭皮腦電(electroencephalogram，EEG)的處理目前已經(jīng)能夠達到一定的水平，所以非植入式腦機接口使腦機接口進入實際生活應用成為可能。

EEG信號是腦內(nèi)眾多神經(jīng)元活動產(chǎn)生的突觸后電位的同步振蕩產(chǎn)生的生理電活動。當大腦受到感官刺激、動作指令和想象運動等電信號刺激時，皮層神經(jīng)元之間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使它們的同步性被抑制或增強，從而產(chǎn)生事件相關(guān)去同步(Event-related?desynchronization，ERD)或腦電的事件相關(guān)同步(Event?related?synchronization，ERS)現(xiàn)象。

目前存在的實現(xiàn)腦機接口二維光標控制的方法主要有兩種，一種是利用穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位或者P300信息特征等，通過檢測使用者接受視覺刺激后其腦電信號中是否存在相應的反應特征來進行離散分類決策，這類控制方法耗時長，系統(tǒng)反應遲鈍，無法實現(xiàn)連續(xù)控制，即無法實現(xiàn)光標從任意點移動到任意的另一點；另一種是利用mu與beta節(jié)律提取出兩種獨立的特征，然后分別在二維方向進行控制，這類方法可以實現(xiàn)連續(xù)控制，但是難度大，需要使用者經(jīng)過很長時間的訓練，所以在實際應用過程中難度較大。

因此，需要提供一種既可實現(xiàn)連續(xù)控制又易于操作的腦機接口的二維光標控制方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種腦機接口的二維光標控制方法，該方法既可實現(xiàn)連續(xù)控制又易于操作。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種腦機接口的二維光標控制裝置。

本發(fā)明提供了一種腦機接口的二維光標控制方法，首先，使用者根據(jù)顯示裝置中的工作界面指令產(chǎn)生頭皮腦電信號，電極帽采集頭皮腦電信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化和信號放大器放大后將信號通過計算機的I/O接口模塊傳給計算機內(nèi)部的信號處理模塊，根據(jù)頭皮腦電信號中包含的P300信息和運動想象ERD/ERS信息特征不同，信號處理模塊對頭皮腦電信號分別進行預處理、特征提取和分類，然后將分類結(jié)果傳至計算機內(nèi)部的控制模塊，控制模塊通過計算機的I/O接口模塊將控制命令傳至顯示裝置，控制光標在工作界面上二維連續(xù)移動。

具體包括以下步驟：

(1)系統(tǒng)初始化：給使用者戴上電極帽后調(diào)整其位置，使電極帽中所有電極均處在國際10-20系統(tǒng)的標準電極位置，然后打入導電膠并確定導電性良好，啟動系統(tǒng)，打開顯示裝置中的工作界面；

(2)信號采集：使用者根據(jù)工作界面指令產(chǎn)生頭皮腦電信號，電極帽采集頭皮腦電信號，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化和信號放大器放大后將信號通過計算機內(nèi)部的I/O接口模塊傳給計算機內(nèi)部的信號處理模塊；

(3)信號處理：信號處理模塊將接收到的頭皮腦電信號傳送至信號處理模塊中用于處理頭皮腦電信號中P300信息的P300信息預處理模塊和用于處理頭皮腦電信號中運動想象ERD/ERS信息的ERD/ERS信息預處理模塊，P300信息預處理模塊、P300信息特征提取模塊、P300信息分類算法模塊依次對頭皮腦電信號進行低通濾波、P300信息特征提取和分類，最后計算出光標需移動的垂直位移；同時對于接收到的頭皮腦電信號，信號處理模塊中的ERD/ERS信息預處理模塊先對信號進行降采樣和CAR濾波，提取出Mu節(jié)律頻帶，然后信號傳送至ERD/ERS信息特征提取模塊進行特征提取，根據(jù)提取出的特征ERD/ERS信息分類算法模塊進行分類并計算出光標需移動的水平位移；最后將得到的垂直和水平位移信息傳送至計算機內(nèi)部的控制模塊，控制模塊做出控制命令后經(jīng)I/O接口模塊將控制命令傳送至顯示裝置；

(4)光標控制：顯示裝置按照控制模塊做出的控制命令控制光標在工作界面上移動，然后使用者判斷是否到達指定位置，如果到達則停止操作，如果沒有則使用者繼續(xù)步驟(2)和步驟(3)控制光標移動。