[發明專利]一種腦機接口P300信號特征體感誘發裝置及其應用方法

在審

• 申請號: 201710160569.8
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107066091A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 劉亞東;周宗潭;王驚君;于揚;胡德文
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;A61B5/0476
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,譚武藝

技術領域

本發明涉及腦機接口技術（Brain-ComputerInterface，BCI），具體涉及一種腦機接口P300信號特征體感誘發裝置及其應用方法，可應用于腦機接口技術研究的體感誘發硬件裝置、實驗范式以及流程控制和信號處理的軟件模塊，尤其涉及基于觸覺的誘發型腦機接口系統實驗。

背景技術

腦機接口技術（Brain-ComputerInterface，BCI）是將采集到的腦電信號處理并轉換成為控制指令從而實現信息傳達的一種新型人機交互方式。它通過檢測并判別腦電信號在不同大腦活動中所能產生的時空特征來識別人的意圖。腦機接口技術的研發和設計初衷是為了幫助運動神經疾病患者，它不需要肢體接觸，即可完成對外界事物的操作和表達。其基本原理是：人腦在進行不同思維活動或受到不同類型的外部刺激（如視覺、聽覺或觸覺）時，其神經活動會在腦電信號中體現出不同的模式，通過實時采集并提取這些模式的特征，再經過模式識別分類器的處理，就能夠甄別用戶目前正進行著什么樣的意識活動或承受什么樣的生理刺激。由于這種人機交互手段不依賴于神經系統和肌肉組織，所以它能幫助那些由于意外事故、疾病等原因喪失部分甚至是全部交流能力的病人實現與外界環境的交流與操控。目前，BCI技術在助殘、康復工程、娛樂等領域的應用前景受到了國內外專家學者的廣泛關注。

第一次BCI國際會議根據輸入信號的性質把BCI系統分為兩大類，分別是無需外界刺激的自發型BCI系統和需要外界刺激的誘發型BCI系統。基于自發腦電信號的BCI系統是應用自發腦電信號作為系統的輸入特征，其特點是用戶在經過訓練之后，能夠根據主觀意圖自主調節腦電信號的輸出，從而調整腦機系統對于外界對象的控制，但通常使用者需要經過長時間的訓練才能達到較為理想的輸出效果，同時還容易受到被試生理、心理狀態等各種因素的影響。誘發型BCI系統使用外界刺激后產生的腦電信號作為輸入信號，并將其特征作為分類依據。外部誘發BCI系統不需要對使用者進行特殊的訓練，但需要特定的刺激（如矩陣排列的視覺閃爍刺激塊、時序先后排列的聲音刺激等）作為誘導腦電信號產生的源，通常使用者觀察外部環境和被控物體狀態是通過視覺通道，則采取視覺通道作為輸入刺激的通道構建的是視覺非獨立腦機接口，這對于系統的應用產生了一定的阻礙，所以在誘發型腦機接口的設計并期望其走向應用的過程中，通常采取視覺獨立型為設計目的。根據輸入信號的性質的不同，腦機實驗范式的設計也有所不一樣，同時腦電電極采集的位置也有所不同。

根據腦電信號的采集方式，則可以將BCI分類侵入式和非侵入式兩種形式。侵入式腦電采集方式直接將電極和大腦皮層接觸或植入大腦皮層中，從而使得采集到的腦電信號噪聲小、損失低且還原度高。但由于涉及外科手術，不僅操作復雜，需要有專業背景的醫務人員完成，容易感染，對使用者有健康安全隱患，同時也不利于便捷的實驗方式，每當要對采集電位進行調整，可能都會需要一次手術才能完成。非侵入式的腦電采集方式，操作簡單，對于被試安全，更加利于BCI技術的推廣，但由于采集裝置距離信號源較遠，不可避免的損失了一些信號精度，并且使得原始信號噪聲較大。目前，腦機接口技術研究中一般使用與頭皮接觸、無損傷的非侵入式信號檢測方法。