[發明專利]一種利用運動耦合增加編碼目標的BCI方法

有效

• 申請號: 201810373209.0
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108681395B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 徐光華;閆文強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種利用運動耦合增加編碼目標的BCI方法，先進行運動耦合范式設計，將螺旋與收縮?擴張運動耦合在一起，運動耦合范式以大于6Hz的較高頻率通過正弦形式做螺旋運動，通過正弦公式改變紋理旋轉角度實現范式的螺旋運動，同時運動耦合范式以小于4Hz的較低頻率通過方波形式改變范式刺激序列尺寸大小實現收縮?擴張運動，通過讓一個運動頻率對應多個不同的耦合頻率來增加可編碼的目標數；然后搭建腦?機接口實驗平臺，再進行范式呈現與識別，識別結果通過計算機屏幕輸出，完成視覺反饋后，返回進行下一輪的目標辨識，本發明具有信息傳輸率高、頻率成分穩定以及可以有效減輕視覺疲勞、增加BCI編碼目標數的優點。

技術領域

本發明涉及醫學信息智能處理技術領域，具體涉及一種利用運動耦合增加編碼目標數的腦機接口(BCI)方法。

背景技術

腦機接口技術作為一種全新的人機接口方式，為運動功能障礙人群與外界的交互帶來了希望。大腦對于穩態視覺誘發電位(SSVEP)的刺激響應可以被分為三個頻率段：低頻段(12Hz以下)、中頻段(12-30Hz)和高頻段(30Hz以上)。其中低頻和中頻刺激誘發的SSVEP幅值較高，而高頻刺激誘發的SSVEP幅值較低，這樣限制了SSVEP可利用的頻帶范圍以及可編碼的目標數。

為了在有限的頻率帶內增加可編碼的目標數，研究工作者提出了很多解決方法。一種解決方案是使用連續多頻刺激方法，這種方法需要長時間的刺激，會降低BCI的信息傳輸率，同時容易造成使用者的視覺疲勞；另一種方法是同時多頻刺激方法，由于注意力的問題，這種方法會造成某一種頻率成分缺失的現象；亮度與顏色互調的刺激方法是另外一種增加編碼目標的方式，這種方法依然采用傳統的光閃爍刺激方式，誘發的腦電信號(EEG)倍頻較多，倍頻頻率不可以作為其他編碼目標的刺激頻率，不利于增加編碼目標。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種利用運動耦合增加編碼目標的BCI方法，具有信息傳輸率高、頻率成分穩定以及可以有效減輕視覺疲勞、增加BCI編碼目標數的優點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種利用運動耦合增加編碼目標的BCI方法，包括以下步驟：

1)運動耦合范式設計：

利用PSYCHTOOLBOX工具箱設計將螺旋與收縮-擴張運動耦合在一起的運動耦合范式，運動耦合范式以大于6Hz的較高頻率通過正弦形式做螺旋運動，通過正弦公式改變紋理旋轉角度實現范式的螺旋運動，即：

其中f_r代表顯示屏屏幕刷新率，n代表范式圖案呈現時的幀序號，定義f_c為周期頻率，其等于范式一個運動周期所需時間的倒數，范式運動方向改變的頻率定義為運動頻率，其等于周期頻率的一半；

同時，運動耦合范式以小于4Hz的較低頻率通過方波形式改變范式刺激序列尺寸大小實現收縮-擴張運動，將范式刺激序列尺寸改變頻率定義為耦合頻率，范式耦合頻率為f，則每隔1/f范式刺激序列尺寸會發生一次改變，使用亮度計保證范式刺激序列尺寸變化前后亮度不變；

通過讓一個運動頻率對應多個不同的耦合頻率來增加可編碼的目標數；

2)搭建腦-機接口實驗平臺：

電極帽通過腦電采集設備和主控制器的輸入連接，主控制器的輸出通過顯示屏擴展和計算機屏幕的輸入連接，使用者頭戴電極帽端坐于計算機屏幕前，頭部距離計算機屏幕70-80cm，測量電極為O1、Oz、O2、POz、PO4和PO8，左耳垂放置參考電極，前額處為地電極，給各測量電極注入導電膏，保證電極與頭皮良好接觸；

3)范式呈現與識別：