[發明專利]一種面向左右腳運動意圖側向性識別的混合在線腦機接口方法

有效

• 申請號: 202011611474.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112617863B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 邊琰;趙麗;李嘉瑩;劉昭君
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學（中國職業培訓指導教師進修中心）
• 主分類號: A61B5/383
• 分類號: A61B5/383;A61B5/00;G06F18/24;G06F18/213
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李玲;李薇

本發明公開了一種面向左右腳運動意圖側向性識別的混合在線腦機接口方法。該混合在線腦機接口方法在進行左右腳勾腳想象動作的同時對右腳施加一定頻率的電刺激，通過結合人體下肢電刺激產生的SSSEP特征和MI產生的ERD特征相融合進行左/右腳運動意圖的解碼，這種混合式腦?機接口可以成功解碼人體足部的運動意圖，分辨出大腦相近空間位置的肢體任務，提高MI?BCI空間分辨率，擴大MI動作模式的指令集，為促進MI?BCI在下肢康復領域的應用探索新途徑、提供新方法。

技術領域

本發明涉及腦機接口技術領域，特別是涉及一種面向左右腳運動意圖側向性識別的混合在線腦機接口方法。

背景技術

腦機接口(Brain-computer interface，BCI)是指通過檢測中樞神經系統活動，將其轉化為人工輸出的系統，它能夠替代、修復、增強、補充或者改善中樞神經系統的正常輸出，從而改變中樞神經系統與內外環境之間的交互作用。腦-機接口在大腦和環境之間建立起一種新型的連接通道，這種通道可以使大腦不依賴于常規外周神經系統，直接通過人腦的思維活動和內外環境之間進行信息交互，為大腦與外界的溝通提供了一種新模式。

根據BCI系統的不同應用方向，可以分為輔助型或康復型BCI。輔助型BCI系統主要用于控制外部設備，比如控制計算機光標，機械臂或智能輪椅等。康復型BCI系統，也稱為恢復型或基于神經反饋的BCI系統，這種BCI旨在通過操縱或自我調節神經生理活動來促進大腦功能或行為的恢復。目前康復型BCI已經被應用于肌萎縮性側索硬化(ALS)、脊髓損傷(SCI)、腦卒中患者的肢體運動能力康復和大腦運動區損傷的可塑性修復，被證實是一種很有潛力的康復方法。

運動想象(motor imagery，MI)，指大腦有動作意圖但不執行實際肢體動作，是一種對運動行為的內心演練過程。大腦的神經電活動由神經元集群放電而產生，當大腦處于不同心理狀態或思維認知過程時，神經電活動也會表現出不同特征的狀態過程。想象運動電位通過具體的運動意識任務來對大腦的感覺運動節律進行調節。運動想象時大腦神經電活動的變化現象，大腦感覺運動皮層的神經元集群放電會產生同步性或去同步性的放電特征，導致某些特定頻段腦電信號能量的增強或者減弱，即ERS和ERD現象。在想象動作模式下，出現ERS/ERD現象的特征頻段主要為alpha節律(8-13Hz)和beta節律(14-30Hz)，不同頻段的ERS/ERD現象是運動想象電位檢測的主要特征之一。

MI是BCI的常用范式之一。由于大腦存在容積導體效應，從頭皮采集的EEG信號往往信噪比較低，因此基于EEG的MI-BCI空間分辨率較差，很難識別出精細想象動作任務和鄰近肢體運動意圖，目前MI的運動模式較少，單一動作模式僅局限在左手、右手、舌、雙腳這些大肢體動作，導致MI-BCI輸出指令集較少。尤其對于人體下肢，由于左/右腳的大腦投影區域幾乎重疊，造成下肢運動意圖解碼困難，所以目前雙腳只能作為一個指令集，無法有效識別出更精細的側向性運動意圖。

大腦頭皮采集的EEG信號由于容積導體效應的影響，具有較高的時間分辨率，但空間分辨率比較低，因此對于大腦感覺運動皮層相近空間位置的肢體任務，運動意圖識別的難度極大，特別是對于人體下肢，比如人的雙腳，根據肢體部位與運動感覺皮層的投影關系，左腳和右腳的運動功能區均重合于中央區溝回以里的有限區域，因而直接利用運動想象的ERD特征進行人體左/右腳相關動作的區分難度極大，目前比較成熟的運動想象肢體動作模式中，雙腳被作為同一種動作模式，而不加以側向性的區別。

已有的文獻中對于下肢分類的相關報道尚不多見，已有的一些報道中對于運動意圖識別的準確率也大多未達到70％的BCI閾值水平。而下肢運動意圖難以識別的現狀必然會影響MI-BCI下肢運動功能的康復效果。

發明內容