[發明專利]一種用于腦-機接口系統的腦-機互適應系統

在審

• 申請號: 201811219193.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109471528A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 明東;王韜;柯余峰;杜佳樂
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種用于腦?機接口系統的腦?機互適應系統，所述系統包括：認知狀態監測模塊、互適應調節模塊、認知狀態調控模塊、以及BCI系統調控模塊，所述互適應調節模塊實時處理認知狀態監測模塊傳輸的用戶認知狀態，并根據用戶認知狀態對BCI系統調控模塊和認知狀態調控模塊進行實時閉環控制；所述互適應調節模塊包括動態建模、動態參數調節、動態視聽反饋三種調節方式，所述三種調節方式共同構成了兩個閉環控制通路，包括“機”適應腦閉環調節通路與腦適應“機”閉環調節通路。本發明根據用戶認知狀態閉環動態調整BCI系統的刺激參數和解碼算法，以適應用戶狀態，同時優化反饋、調控用戶認知狀態以適應BCI的認知需求。

技術領域

本發明涉及神經工效學與腦-機接口技術的交叉領域，尤其涉及一種用于腦-機接口系統的腦-機互適應系統。

背景技術

腦-機接口(brain-computer interface，BCI)是一種不依賴肢體的人機交互方式。目前，最先進的BCI技術主要是在理想實驗室環境中通過實驗誘發或受操控的某種特定用戶狀態實現，用戶往往被要求高度集中注意力，盡量通過實驗設計避免其他思維活動和疲勞等因素對BCI性能的影響。

然而，在不受控的自然日常生活或工作環境中，可能有大量的思維活動相互作用，當BCI應用從實驗室轉移到現實場景中，這些不受控的心理活動和疲勞等因素就會干擾BCI系統所調制的用戶狀態，從而降低腦-機接口系統效率和真實環境下的可用性。

研究表明，較高的認知負荷會造成快速疲勞、靈活性降低、應激反應、人誤增加和挫敗情緒，引起信息獲取分析的失誤和決策錯誤，是導致人因事故的重要原因；過低的認知負荷會造成人力等資源浪費、引起厭惡感、導致作業績效的下降。

近些年，腦-機接口技術不斷發展，在現代交通、工業生產、航天、軍事等領域都得到了廣泛應用。但BCI系統在實際復雜作業環境下識別正確率降低、穩定性難以滿足要求，成為了人們亟待解決的難題。

發明內容

本發明提供了一種用于腦-機接口系統的腦-機互適應系統，本發明根據用戶認知狀態閉環動態調整BCI系統的刺激參數和解碼算法，以適應用戶狀態，同時優化反饋、調控用戶認知狀態以適應BCI的認知需求，詳見下文描述：

一種用于腦-機接口系統的腦-機互適應系統，所述系統包括：認知狀態監測模塊、互適應調節模塊、認知狀態調控模塊、以及BCI系統調控模塊，

所述互適應調節模塊實時處理認知狀態監測模塊傳輸的用戶認知狀態，并根據用戶認知狀態對BCI系統調控模塊和認知狀態調控模塊進行實時閉環控制；

所述互適應調節模塊包括動態建模、動態參數調節、動態視聽反饋三種調節方式，所述三種調節方式共同構成了兩個閉環控制通路，包括“機”適應腦閉環調節通路與腦適應“機”閉環調節通路。

其中，所述認知狀態監測模塊包括：腦電采集部分、功能性近紅外采集部分、心電采集部分、以及眼動信號采集部分。

進一步地，所述動態建模具體為：

根據在線實時數據選擇訓練樣本動態構建用于分類測試樣本的分類器，以實現在認知負荷動態變化過程中構建適用于測試樣本的最優分類器。

進一步地，所述構建適用于測試樣本的最優分類器具體為：

在不同認知負荷類型和水平下訓練與測試分類器，針對特定認知負荷水平的測試集選擇不同認知負荷水平的訓練集樣本；

所述認知狀態監測模塊提取反應用戶的認知負荷狀態的特征數據，基于所述特征數據組成的特征空間，采用相似性原則選擇背景特征相似的樣本構建訓練樣本集。

其中，所述動態參數調節具體為：

通過BCI系統調控模塊調節BCI系統參數，使用戶在高認知負荷狀態下仍能實現BCI系統的精度；