[發(fā)明專利]基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210220899.2
• 申請(qǐng)日: 2022-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114628006A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉彥平;王文思;陳旺鑫;王明晨;馬一鳴;王曉雯;魏韻璋;趙燕冉;劉文濤;趙伯言
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G16H20/30
• 分類號(hào): G16H20/30;G06F3/01
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 周志斌

本發(fā)明提供一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置及方法，裝置包括FPGA控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及Micro?LED探針陣列模塊；所述FPGA控制模塊用于根據(jù)存儲(chǔ)的光學(xué)參數(shù)基于光遺傳學(xué)腦機(jī)接口算法生成控制指令；所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述FPGA控制模塊的IO端口連接，用于接收所述控制指令生成指定條件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述Micro?LED探針陣列模塊與所述驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接，用于接收所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并生成符合指定條件的目標(biāo)光束；其中，所述符合指定條件的目標(biāo)光束為：符合指定波長(zhǎng)、指定頻率、指定形狀以及指定強(qiáng)度的光束。本發(fā)明能夠通過(guò)FPGA控制模塊使Micro?LED探針陣列模塊產(chǎn)生符合指定波長(zhǎng)、頻率、強(qiáng)度等條件的光束，光束可用于對(duì)神經(jīng)元進(jìn)光照刺激，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元的精確刺激。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦機(jī)接口技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置及方法。

背景技術(shù)

腦機(jī)接口(BCI)是一種連接大腦和外部設(shè)備的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)。BCI系統(tǒng)可以把大腦發(fā)出的信息直接轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的命令，并代替人的肢體或語(yǔ)言器官實(shí)現(xiàn)人與外界的交流以及對(duì)外部環(huán)境的控制。換言之，BCI系統(tǒng)可以代替正常外圍神經(jīng)和肌肉組織，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間或人與外部環(huán)境之間的通信。BCI的主要目標(biāo)是為因肌萎縮側(cè)索硬化癥、腦癱、中風(fēng)或脊髓損傷等神經(jīng)肌肉疾病而致病致殘的人替換或恢復(fù)有用的功能。BCI系統(tǒng)根據(jù)腦電信號(hào)獲取的方式，可分為非侵入式、半侵入式和侵入式三種。

傳統(tǒng)腦機(jī)接口系統(tǒng)的非侵入式、半侵入式和侵入式三種腦電信號(hào)獲取方式中，存在腦電信號(hào)微弱、監(jiān)控精度不夠、會(huì)對(duì)大腦造成傷害等問(wèn)題。因此，如何通過(guò)光調(diào)控產(chǎn)生符合指定波長(zhǎng)、頻率、強(qiáng)度等條件的光束，以實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元的精確刺激，是當(dāng)前課題亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)神經(jīng)元監(jiān)測(cè)精度不夠的缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元的精確刺激。

本發(fā)明提供一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，包括FPGA控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及Micro-LED探針陣列模塊；

所述FPGA控制模塊用于根據(jù)存儲(chǔ)的光學(xué)參數(shù)基于光遺傳學(xué)腦機(jī)接口算法生成控制指令；

所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述FPGA控制模塊的IO端口連接，用于接收所述控制指令生成指定條件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

所述Micro-LED探針陣列模塊與所述驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接，用于接收所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并生成符合指定條件的目標(biāo)光束；

其中，所述符合指定條件的目標(biāo)光束為：符合指定波長(zhǎng)、指定頻率、指定形狀以及指定強(qiáng)度的光束。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，還包括：射頻通信和供電模塊；

所述射頻通信和供電模塊用于接收所述FPGA控制模塊發(fā)送的控制指令，并將所述控制指令以無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至所述驅(qū)動(dòng)模塊。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，所述射頻通信和供電模塊還用于：

基于磁場(chǎng)均衡分布技術(shù)，通過(guò)FPGA控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊之間的動(dòng)態(tài)匹配和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生橫向范圍內(nèi)均衡分布的磁場(chǎng)耦合系數(shù)，對(duì)所述FPGA控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行無(wú)線供電。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，所述Micro-LED探針陣列模塊包括多個(gè)點(diǎn)位探針，所述驅(qū)動(dòng)模塊與每個(gè)點(diǎn)位探針連接，所述點(diǎn)位探針對(duì)應(yīng)的Micro-LED光源基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生不同的符合指定條件的目標(biāo)光束。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，所述存儲(chǔ)的光學(xué)參數(shù)包括Micro-LED光源的波長(zhǎng)、光照強(qiáng)度、光源探針陣列的形狀和相位中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于腦機(jī)接口的光刺激控制裝置，還包括目標(biāo)神經(jīng)元確認(rèn)模塊和參數(shù)確認(rèn)模塊；