[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于序列性復(fù)合肢體想象動(dòng)作的腦-機(jī)接口方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410819720.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104571505A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 明東;奕偉波;王坤;綦宏志;何峰;楊佳佳;張力新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F3/01
• 分類(lèi)號(hào): G06F3/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國(guó)林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦-機(jī)接口領(lǐng)域，尤其涉及一種基于序列性復(fù)合肢體想象動(dòng)作的腦-機(jī)接口方法。

背景技術(shù)

想象動(dòng)作，即僅有運(yùn)動(dòng)意圖而無(wú)實(shí)際動(dòng)作輸出，可導(dǎo)致大腦皮層感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)中大量神經(jīng)元活動(dòng)狀態(tài)的改變，并使腦電信號(hào)中的某些頻率成分同步衰減或增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為事件相關(guān)去同步化或者同步化現(xiàn)象(event-related?desynchronization?or?synchronization，ERD/ERS)。其中，ERS對(duì)應(yīng)于相關(guān)想象動(dòng)作模式下，特定頻帶范圍內(nèi)腦電節(jié)律能量的上升過(guò)程，ERD則表現(xiàn)為能量的衰減過(guò)程。并且，不同的想象動(dòng)作可以誘發(fā)相應(yīng)的腦電變化特征。這種腦電能量發(fā)生變化的現(xiàn)象可以通過(guò)無(wú)創(chuàng)的技術(shù)手段從頭皮腦電信號(hào)中檢測(cè)到。然后，通過(guò)工程技術(shù)手段，也就是腦-機(jī)接口技術(shù)，識(shí)別出這種具有特異性的頭皮腦電變化從而判斷出使用者的運(yùn)動(dòng)意圖。

想象動(dòng)作誘發(fā)的ERD/ERS特征屬于內(nèi)源性誘發(fā)響應(yīng)，是真正通過(guò)被試主觀運(yùn)動(dòng)意識(shí)誘發(fā)的腦電成份。因此，想象動(dòng)作作為唯一的一種不需要外界刺激且直接反應(yīng)使用者主觀運(yùn)動(dòng)意識(shí)的腦-機(jī)接口范式，其作業(yè)模式最符合大腦正常思維活動(dòng)的狀態(tài)，且不易讓使用者感到疲勞。基于想象動(dòng)作的腦-機(jī)接口系統(tǒng)，能夠真正地做到“讓思想變成行動(dòng)”。然而，簡(jiǎn)單肢體想象動(dòng)作主要涉及左手、右手、單或雙足(因雙足在皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)定位瀕臨)三種肢體部位動(dòng)作，其可選類(lèi)別少，并不能滿足多指令輸出，這將嚴(yán)重影響腦-機(jī)接口(BCI)系統(tǒng)對(duì)外控制的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于序列性復(fù)合肢體想象動(dòng)作的腦-機(jī)接口方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多指令輸出，提高了腦機(jī)接口系統(tǒng)對(duì)外控制的靈活性，詳見(jiàn)下文描述：

一種基于序列性復(fù)合肢體想象動(dòng)作的腦-機(jī)接口方法，所述方法包括以下步驟：

設(shè)計(jì)4種復(fù)合肢體想象動(dòng)作序列，通過(guò)64導(dǎo)聯(lián)腦電采集系統(tǒng)采集腦電信號(hào)，從腦電信號(hào)中提取特征；

通過(guò)基于支持向量機(jī)的遞歸對(duì)特征進(jìn)行篩選；根據(jù)序貫指數(shù)分別取前1導(dǎo)，前2導(dǎo)，…，前N導(dǎo)的特征作為分類(lèi)器的輸入，得到相應(yīng)導(dǎo)聯(lián)組合下的識(shí)別率結(jié)果，識(shí)別率最高的導(dǎo)聯(lián)組合即為最優(yōu)組合。

所述設(shè)計(jì)4種復(fù)合肢體想象動(dòng)作序列，通過(guò)64導(dǎo)聯(lián)腦電采集系統(tǒng)采集腦電信號(hào)具體為：

所述4種復(fù)合肢體想象動(dòng)作序列分別為：右手-右手-右手，右手-左手-右手，左手-右腳-左手，右腳-右手-左手；每個(gè)動(dòng)作序列隨機(jī)出現(xiàn)，在兩種作業(yè)條件下，每名被試者進(jìn)行想象動(dòng)作訓(xùn)練，通過(guò)64導(dǎo)聯(lián)腦電采集系統(tǒng)采集腦電信號(hào)。

所述從腦電信號(hào)中提取特征的步驟具體為：

按1秒窗寬，0.5秒步長(zhǎng)，采用burg算法估計(jì)想象任務(wù)期內(nèi)腦電數(shù)據(jù)的功率譜密度；分別對(duì)0.5-4Hz、4-8Hz、8-13Hz、14-30Hz、30-50Hz五個(gè)頻段內(nèi)的功率譜密度求和，得到長(zhǎng)度為5*m*N的特征，其中，m為移動(dòng)窗的個(gè)數(shù)，N為導(dǎo)聯(lián)數(shù)。

所述功率譜密度具體為：

P(ω)=σ2|Σk=0pake-jωk|2]]>

其中σ²為白噪聲方差，a_k為模型系數(shù)，p為模型階數(shù)，k為階數(shù)的取值，_ω為頻率。

序貫指數(shù)的計(jì)算具體為：

其中k是二分類(lèi)器的個(gè)數(shù)，r的范圍是1～k，J_i(r)是每一個(gè)二分類(lèi)器的序貫指數(shù)，J_i是所有J_i(r)的平均；為向量；H(-i)表示移除第i個(gè)特征后的H，T為轉(zhuǎn)置。