[發明專利]一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統

在審

• 申請號: 202011609685.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112604163A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 陸晟;羅志增;席旭剛;孟明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61B5/369;A61B5/372;A61B5/378;A61B5/38;A61B5/383;A61B5/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，其特征在于：包括電刺激儀、采集裝置和訓練裝置；

所述電刺激儀為經顱直流電刺激儀，將陽極電極和陰極電極放置在使用者的不同腦區，根據采集裝置采集的信息調整刺激的位置、時長與強度；所述采集裝置通過腦電采集帽采集使用者不同狀態下的腦電信號，構建腦功能網絡，為電刺激儀與訓練裝置的參數調整提供參考；訓練裝置包括計算機屏幕與音響，根據Baddeley的多成分模型設置了三種不同的訓練模式；

所述三種訓練模式為顏色-位置訓練、語義-聲音訓練以及視聽結合訓練；顏色-位置訓練模式中，將計算機屏幕均分為上、下、左、右四塊，品紅、黃、青、黑四種顏色隨機呈現在這四個位置上；語義-聲音訓練模式中，屏幕上隨機顯示一個單字詞，計算機隨機發出高頻或低頻聲音；視聽結合訓練模式中，計算機屏幕的上、下、左、右任一位置將隨機顯示一個單字詞和一種顏色，并且計算機隨機發出高頻或低頻聲音；

該系統的使用方法為：

步驟1、在電刺激前，使用腦電采集帽采集使用者在三種訓練模式下的腦電信號；進行預處理后，將最后200ms的數據作為基線值；

步驟2、在電刺激后，使用腦電采集帽采集使用者在三種訓練模式下的腦電信號；將腦電信號的電位與步驟1中得到的基線值相減，得到新的電位值；將每種模式下得到的所有通道的信號疊加后求平均，得到相關電位；確定不同訓練模式下相關電位的分布區域；

步驟3、采取互相關的分析方法，計算兩兩通道之間的腦電信號互相關系數得到連接系數矩陣，然后將連接系數矩陣轉化為二值矩陣，得到腦功能網絡的拓撲結構；然后計算采樣節點的節點度、聚類系數和網絡的全局效率，將節點度值較大的區域作為節點集中區域；

步驟4、將步驟2確定的相關電位的分布區域和步驟3確定的節點集中區域中重合的區域作為訓練的核心腦區；當核心腦區位于左背外側前額葉皮層時，將電刺激儀的陽極電極放置于F3處，當核心腦區為右背外側前額葉皮層，將電刺激儀的陽極電極放置于F4處，兩種情況下電刺激儀的陰極電極放置于核心腦區對側的眼眶上區；其中F3和F4的位置參考國際10-20腦電圖定位系統；

步驟5、按步驟4確定的位置放置陰、陽電極，在有電刺激的條件下對使用者進行訓練；然后在沒有電刺激的條件下對使用者再進行一輪訓練，并采集此時的腦電信號；

步驟6、根據步驟5采集的沒有電刺激時的腦電信號，構建腦功能網絡并提取特征，與上一次訓練時的特征進行比較，得到經顱直流電刺激后效帶來的大腦連通特性改變狀況，據此調整訓練過程中電刺激儀的刺激時長與電流密度。

2.如權利要求1所述一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，其特征在于：高頻聲音的頻率為2000Hz，低頻聲音的頻率為500Hz。

3.如權利要求1所述一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，其特征在于：步驟1中對提取的腦電信號進行預處理的方式為：使用帶寬為0.15-30Hz的帶通濾波器對采集到的腦電信號進行濾波，濾去無效頻段，對剩下的有效頻段使用獨立成分分析的方法去除眨眼和眼球運動的偽跡。

4.如權利要求1所述一種基于經顱直流電刺激的輔助記憶系統，其特征在于：步驟3中構建腦功能網絡與計算采樣節點的節點度、聚類系數和網絡的全局效率的具體過程為：

步驟3.1、采取互相關的分析方法，計算兩兩通道之間的腦電信號互相關系數得到連接系數矩陣：

其中x與y表示腦電時間序列，i與j表示EEG信號的采樣節點，n表示總采樣節點數；R_xy的值介于0和1之間，值為0表明信號之間完全不相關，值為1表明信號之間完全相關；

步驟3.2、選擇閾值將連接系數矩陣轉化為二值矩陣，根據二值矩陣得到腦功能網絡的拓撲結構，并計算采樣節點的節點度、聚類系數和網絡的全局效率；

節點i的節點度為：

其中h_ij為二值矩陣中的元素，當節點i與j之間存在連接時h_ij＝1，反之h_ij＝0；

節點i的聚類系數為：

其中d_ij為節點i與j之間最短的通訊路徑所經過的連接邊數，V是腦功能網絡中所有節點的集合。