[發明專利]一種基于腦電生理信號的可穿戴聲音反饋系統

在審

• 申請號: 201610811697.X
• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN107802263A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 候俊英;楊若霖;徐玉梅;王志蘭
• 申請（專利權）人: 候俊英
• 主分類號: A61B5/0484
• 分類號: A61B5/0484;A61B5/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司11129
• 代理人: 周曉娜

技術領域

本發明涉及腦電神經生物反饋技術領域，具體涉及一種基于腦電生理信號的可穿戴聲音反饋系統。

背景技術

腦電生理信號(Electroencephalogram，EEG)，是大腦所產生的微弱電信號。EEG可以被戴在頭上的電極記錄下來，它表征了大腦細胞群的生物電活動，是研究大腦高級認知功能的重要工具。基于腦電的神經生物反饋(Neurobiofeedback，NFB)，是將EEG信號，轉換成聽覺信息或者視覺信息，播放給受試人員。在神經生物反饋的過程中，受試人員通過訓練，選擇性地增強或抑制某些成分，可以達到調節腦功能的目的。這項技術最早是根據巴甫洛夫的經典條件反射理論發展而來，心理學家斯金納對其進行了完善。目前，神經生物反饋已經和定量腦電圖(QEEG)、功能核磁(fMRI)等技術結合，應用于醫療和非醫療的多個領域。

基于上述的理論,現有技術中已有了腦電刺激器,腦電刺激器按照預設的腦電刺激流程播放相應的腦電刺激(比如聲音),這里的預設的腦電刺激流程是根據提取的一定數量個體的腦電生理信號得到的，因此播放的腦電刺激不具有針對性,無法滿足人員的個性化需求，獲得的治療或者保健效果不佳。另外，現有的腦電刺激器依托于普通的電腦(比如：臺式機、筆記本)，體積大、不方便攜帶。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種基于個體的腦電生理信號的可穿戴聲音實時反饋系統。該系統根據生物神經反饋原理，利用可穿戴的設備采集個體的腦電波，并做實時分析，通過提取α腦波能量、Δ腦波能量、β腦波能量、γ腦波能量、θ腦波能量、SMR腦波能量或它們的各種組合(即，腦電生理信號的特征)或者其他腦電生理信號的特征，將其轉換為聲音參數，形成特定的聲音信號，最終通過聲音功放裝置(比如：耳機)實時播放，當然也可外接音箱來實時播放。

本發明的一個具體實施例中，通過神經反饋，可讓個體調節自身的腦電能量分布。該調節過程中，首先是根據個體α腦波能量，確定基準值。然后根據個體的α腦波能量實時增強或減弱，給予受試人員相應反饋。當能量升高時給予正面反饋，播放鼓掌的聲音，優選地同時通過屏幕顯示一個笑臉；反之，給予負面反饋，即播放哭泣的聲音，優選地同時通過屏幕顯示一個哭臉。

本發明的另一個具體實施例中，可以通過神經反饋給予個體不同的特定的聲音。例如根據α腦波能量的變化，調節聲音的頻率、音量，能量增強給予更高頻率或更高音量的聲音刺激，反之亦然。

為實現上述目的，本發明提供了一種頭戴式腦電聲音反饋系統，該系統能夠實時采集個體的腦電生理信號，在分析和處理并提取腦電生理信號的特征后產生個性化的聲音信號，再反饋到該個體的聽覺系統，干預人體的聽覺活動。所述的腦電聲反饋系統包括：腦電電極、腦電放大模塊、中央處理模塊、聲音輸出驅動模塊、聲音功放裝置和電源模塊；所述的腦電電極用于在人體頭皮上采集腦部產生的腦電生理信號，所述的腦電放大模塊將腦電電極上采集到的腦電生理信號進行放大處理，所述的中央處理模塊對放大后的腦電生理信號進行處理和分析后，生成能夠反映腦電生理信號特征的數字化的聲音信號，所述的聲音輸出驅動模塊將數字化的聲音信號轉換為模擬信號，所述的聲音功放裝置將聲音輸出驅動模塊輸出的模擬信號轉化為聲音進行播放，所述的電源模塊用于為系統供電。

進一步地，所述腦電電極、腦電放大模塊、中央處理模塊、聲音輸出驅動模塊、聲音功放裝置和電源模塊均固定在柔性印刷電路板上，所述的柔性印刷電路板隨頭部弧度彎曲，并通過彈性頭帶將其佩戴于人體頭部。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的中央處理模塊包括：腦電信號預處理子模塊、腦電特征提取子模塊、聲音參數設定子模塊和聲音信號產生子模塊；所述的腦電信號預處理子模塊用于對放大后的腦電生理信號進行濾波和除噪處理，所述的腦電特征提取子模塊用于對所述腦電信號預處理子模塊濾波和除噪處理后的腦電生理信號的特征進行提取，所述的聲音參數設定子模塊用于將提取得到的特征轉換成聲音參數，所述的聲音信號產生子模塊根據聲音參數產生數字化的聲音信號。

作為上述技術方案的進一步改進，所述腦電生理信號的特征包括：腦電生理信號的功率譜、事件相關電位的幅度和潛伏期特征。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的聲音參數包括音量、音頻、聲音刺激時間和聲音刺激間隔。

作為上述技術方案的進一步改進，還包括通信模塊；所述的通信模塊與中央處理模塊通過串口連接，用于將中央處理模塊處理得到的數據傳輸至外部設備。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的彈性頭帶采用硅膠材料制成。