[發(fā)明專利]基于腦機接口的游戲裝置及其游戲方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110387058.2
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102500105A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 張莉;王宇丁;陳民鈾;何傳紅;簡文娟
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A63F13/10
• 分類號: A63F13/10;A63F13/00;G06F3/01;A61B5/0476
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 王海權

技術領域

本發(fā)明涉及一種游戲裝置和方法，特別是一種基于腦機接口的裝置和方法。

背景技術

腦－機接口（Brain?Computer?Interface，?BCI）是一種由人腦與計算機或其它電子設備建立起來的，基于腦電信號而不倚賴于外周神經(jīng)和肌肉組織這些常規(guī)的人腦信息輸出通道，實現(xiàn)人與外界信息交流和控制的全新通訊系統(tǒng)。BCI研究的目的就是要從各種不同的腦電信號中識別出使用者的意圖。這將為那些由于受到肌萎縮性脊髓側索硬化、腦干損傷、嚴重脊髓損傷等疾病影響，或是由于車禍等不幸事件而完全失去行為能力但思維正常的人搭建新的與外部世界交流的通道。

alpha波為自發(fā)腦電信號的主要成分之一，與視覺皮層的閑散節(jié)律相對應，頻率為8~13Hz,振幅約為20~100μv。清醒閉目時alpha波出現(xiàn),睜眼、思考問題，或接受其他刺激時,?alpha波消失而出現(xiàn)快波，這一現(xiàn)象稱為alpha波阻斷現(xiàn)象。整個大腦皮層都產(chǎn)生alpha波，但是在枕部最為明顯。幾乎所有腦神經(jīng)功能正常的人在短時間閉眼后，腦電中alpha波幅值均可明顯增強，不同個體的alpha波幅值雖然具有明顯個體差異，但是同一個體在睜眼、閉眼兩種狀態(tài)下alpha波幅值具有明顯差異。因此，通過改變?nèi)说谋犙酆烷]眼動作，調(diào)節(jié)其alpha波，就可以實現(xiàn)簡單的BCI操作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的就是提供一種基于腦機接口的游戲裝置，操作者可以通過睜、閉眼調(diào)節(jié)腦電信號，實現(xiàn)對游戲的操作控制，其腦電信號采集具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移等特點。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括有電極、腦電信號采集盒和PC機，

電極，用于采集操作者睜、閉眼時的產(chǎn)生的原始模擬腦電信號，將傳輸至腦電信號采集盒；

腦電信號采集盒，將采集到的原始模擬腦電信號進行放大、濾波、模數(shù)轉換，并傳輸至PC機；

PC機，接收腦電信號采集盒發(fā)送的數(shù)字信號，進行濾波、能量平均處理，與門限電壓進行比較，產(chǎn)生控制脈沖指令，用于控制游戲目標操作。

進一步，所述腦電信號采集盒包括有信號采集盒和信號轉發(fā)盒

信號采集盒，用于采集原始模擬腦電信號，對采集的信號進行放大、消除電平、模數(shù)轉換，并將信號發(fā)送至信號轉發(fā)盒；

信號轉發(fā)盒，接收到來自信號采集盒的信號，進行處理并上傳至PC機。

進一步，所述信號采集盒包括有前置放大電路、基線漂移電路、高頻濾波器、低頻濾波放大器、電平遷移電路、程控放大電路、模數(shù)轉換電路和無線發(fā)射器，

前置放大電路，電極采集到的原始模擬腦電信號通過前置放大電路進行信號放大；

基線漂移電路，將前置放大電路放大后的模擬信號進行限幅處理，防止信號波峰超出測量范圍；

高頻濾波器，對基線漂移電路處理后的模擬信號進行高頻濾波；

低頻濾波放大器，對經(jīng)高頻濾波后的模擬信號進行低頻濾波處理，并對其進行二次放大；

電平遷移電路，將低頻濾波放大器處理后的信號的基線電平調(diào)整到1.1V；

程控放大電路，對電平遷移電路處理后的信號進行三次放大；

模數(shù)轉換電路，對處理后的模擬信號進行采樣轉換為數(shù)字信號；

無線發(fā)射器，將處理完成后的數(shù)字信號發(fā)送至信號轉發(fā)盒。

進一步，所述信號轉發(fā)盒包括有無線接收器、微處理器和USB接口芯片

無線接收器，用于接收信號采集盒傳送的無線數(shù)字信號；

微處理器，對接收到的數(shù)字信號進行格式轉換；

USB接口芯片，將轉化后的信號通過USB接口傳送至PC機。

進一步，所述信號采集盒還包括有輸入保護電路，將電極采集到的信號電壓進行限制。

本發(fā)明的另一個目的就是提供一種基于腦機接口的游戲方法，它通過記錄操作者睜、閉眼產(chǎn)生的腦電波，發(fā)出對游戲的操作指令進行游戲。

本發(fā)明的另一個目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，其步驟如下：

1）采集操作者睜、閉眼時的產(chǎn)生的原始模擬腦電信號；

2）對電極采集到的腦電波模擬信號進行放大、濾波、模數(shù)轉換，通過腦電波信號區(qū)分操作者是睜或閉眼狀態(tài)，設置在睜眼狀態(tài)下輸出控制命令“0”，閉眼狀態(tài)下輸出控制命令“1”；

3）將操作者通過睜、閉眼輸出的控制命令輸入游戲，轉換為游戲對應的操作動作，完成對游戲的控制過程。

進一步，步驟2）中所述區(qū)分操作者睜或閉眼狀態(tài)的具體方法為：對每T時間內(nèi)的腦電波信號alpha波進行一次平均能量計算