专利名称：生物反馈精神状态调节及辅助学习机的制作方法
技术领域：
生物反馈精神状态调节及辅助学习机
技术领壤
本实用新型涉及一种辅助学习仪器，特别是涉及一种以脑电双频谱指 数、心率变异性指数做为反馈指标，并施加了声、光、电、气体压力刺激 进行意境牵引，从而达到主动式学习效果的仪器。
背景技术：
目前，我国的许多教育都处在基础阶段，而基础教育基本上是一个重 复、乏味的过程。社会竞争压力的加剧，使人们不得不花费大量的精力于 学习上，包括学生和成年人。经过大量的统计分析，国内国外都得出结论， 人在注意力最集中的时候，他的学习效率最高。注意力集中是大脑的一种 状态，表现在脑功能上的不同表现，国外研究表明，人在镇静状态下，注 意力是最集中的时刻，表现在人在入睡前和刚醒后的思维非常活跃，很多 创造性的思路都是在此时刻产生的，利用脑功能牵引技术，通过生物反馈， 诱导大脑进入镇静状态，提高学习效率，特别是需要记忆的知识的学习， 会有帮助作用。随着科技的发展，人类对生物电信号的采集、研究及应用 越来越成熟,利用生物反馈技术的精神松驰诱导技术也得到了广泛的应用。 以脑电双频谱指数和心率变异性指数做为反馈指标，在计算机控制下，施 加多重刺激，达到调节大脑意境，提高学习效率的目的。
脑电双频谱(BIS)分析作为脑功率的分析方法之一，综合了脑电图中 频率、功率、位相及谐波等特性，包含了更多的原始脑电图信息，能迅速 反应大脑皮层组织状况，被认为是评估意识状态的客观指标。心率变异性 指数(HRV)发生的特点及影响因素正常人心脏电活动受到自主神经、体 液因素、心理因素和外界环境因素的影响。如遇到外界环境突变，精神紧 张，情绪改变时，交感神经兴奋，循环血中儿茶酚胺升高，心脏窦房结自 律性增快，传导加强，心率便增快，心电图记录到的R-R间期縮短；反之， 休息或睡眠状态下迷走神经兴奋时，窦房结自律性降低，房室传导减慢， 心率减慢，R-R间期延长。不论自主神经活性还是体液中神经介质浓度均 呈现出明显的昼夜节律改变。
发明内審
本实用新型的目的是提供一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机， 以解决通过生物反馈，诱导大脑进入镇静状态，提高学习效率的问题。
本实用新型实现上述目的的技术方案如下它包含计算机主机、数据 采集及刺激输出两个部分；数据采集及刺激输出部分主要包含单片计算机 单元、脑电放大器、心电放大器、神经刺激器、光输出刺激器、通讯单元 和液晶显示单元；其中脑电放大器、心电放大器的输入端接各自的人体测 量电极，输出端通过A/D转换电路与辅助单片机连接；辅助单片机通过通 讯单元与包含脑电双频谱处理和心率变异计算软件的计算机主机连接；所 述脉冲电刺激器、脉冲光输出刺激器与辅助单片机的控制输出端连接，脉 冲电刺激器的输出端接有一人体表面电极，光输出刺激器的输出端接具有 发光器的眼罩；计算机主机的音频输出端接学习内容声音输出耳机，计算 机主机连接有多媒体学习内容显示屏。
如上所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，所述的电剌激 器，括处理由辅助单片机发出的脉冲波的隔离、功率放大、恒流控制电路
甲o
如上所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，所述的光刺激 器包括处理由辅助单片机发出的脉冲波的功率放大、整形电路单元，所述 的发光器具有不同颜色的发光装置。
如上所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，所述的通讯单 元采用有线和无线两种方式，通过RS232标准接口或无线接口和主计算机 通讯。
如上所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，所述计算机主 机的控制输出端与气泵工作控制电路连接，所述气泵连接在人体腿部外围
的充气袋供气气路上o
本实用、新型具有如下的优点和积极效果
本实用新型通过脑电双频谱指数和心率变异性指数作为反馈指标，计 算机控制施加于人体声、光、电、压力刺激，在自主心理作用和外界刺激 共同作用下，使人的精神意识达到特定状态，再由计算机控制发出相应需 要记忆的学习内容，实现主动控制学习的机器。本机器属于智能化学习机， 打破传统学习机的特点，是生物反馈技术应用于人的学习能力方面的一种 尝试，使人的学习从枯燥、重复、被动发展到享受、主动、智能化的阶段， 有目地的选择身体处于最佳状态下开始学习过程，大大提高效率，是一种 学习方式的改变尝试，对人本身和社会都会起到积极的作用。
附鷉说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
具体《簾方式
本实用新型包含两个部分，计算机主机、数据采集及刺激输出。计算 机主机作为系统中心，接受数据采集盒发送的数字信息--脑电、心电波形 及血压数值，实时计算，得到反馈数据，以动态图形方式显示人体目前所 处的精神状态，同时，利用多媒体技术，根据反馈数据控制背景音乐的不 同和发出前景语言诱导，通过耳机施加到患者听觉系统中，同时和数据采 集盒通讯，发出电剌激和光刺激指令，由数据采集及刺激输出盒通过眼罩 和人体表面电极对患者施加不同强度和频率的电和光刺激。
数据采集及刺激输出盒的作用是控制生命体征的采集，脑电、心电，
通过液晶屏显示基本波形，以实时方式通过标准RS-232接口发送数据到 主计算机或将数据缓存于存储器芯片内另作它用，同时接受主计算机指令 控制电刺激器和光刺激器发出刺激能量到人体，是人体本身了解自身精神 状态程度，达到治疗的目的。
系统的主计算机采用目前市场上各种型号的普通计算机承担，具备实 时处理、声音、显示及通讯能力。在计算机上安装应用系统软件包，包含 脑电双频谱处理和心率变易计算软件(由北京易飞华通公司研制并生产、 使用于现有麻醉机的软件技术)及控制屏幕显示、声音输出、数据通讯以 及存储等等工作，完成所有主计算机被要求实现的功能。
数据采集及剌激输出盒包含单片计算机单元、脑电放大器、心电放大 器、神经刺激器、光输出刺激器、通讯单元、液晶显示单元等部分组成。
脑电和心电信号都是通过贴敷于脑部和肢体部位的表面电极片获得人 体生物电信号，经放大电路放大，经A/D转换器转换成数字量，被单片计 算机的CPU读取，获得相应脑电波曲线和心电波曲线，在液晶屏上显示， 提示信号质量的好坏。其中脑电放大器、心电放大器主要由限波、滤波阻 抗匹配前置放大器，50周隔波及滤波调制隔离，解调电路组成，可参见 ZL03245339.6专利。取得的数字信号实时由单片计算机通过RS232接口， 送入主计算机系统及缓冲存储器芯片中。
神经刺激器提供恒流脉冲剌激，由单片计算机发出脉冲波，经隔离、 功率放大、恒流等过程通过表面电极施加于人体若干部位，电流控制在20 毫安范围内，大小和频率可控。通过反馈指标信号调节脉冲波的频率，以 脑电双频谱指数、心率变异性指数确定的达到镇静状态为控制标准。
光刺激器提供对眼睛的光度剌激，他通过配戴于眼部的眼罩施加到人 体上，单片计算机发出脉冲波，经功率放大、整形，利用发光器件发出不
同强度、颜色和频率的光波，其中各种颜色至少应包括白光、红光、绿 光中的两种。通过反馈指标信号调节光波的频率，由人体眼部刺激大脑， 以脑电双频谱指数、心率变异性指数确定的达到镇静状态为控制标准。
学习内容的输出通过主计算机多媒体声音部分播出，经由配戴与使用 者头部的耳机，到大脑，完成学习目地。
计算机控制气泵循环充气，挤压下肢部位的血管，以增加脑部供血供氧量。
通讯单元可采用有线和无线两种方式，通过RS232标准接口或无线接 口和主计算机通讯。
本实用新型硬件包含用于监测脑电信号的脑电模块和用于监测心率变 异的心电模块，用于施加声音刺激和知识灌输的耳机和用于施加弱电刺激 的神经刺激器，用于下肢循环挤压的压力带和气泵，主计算机、辅助单片 计算机，脑电信号和心电信号经主计算机计算得到双频谱指数和心率变异 指数，反应人的精神状态，而主机又以这些参数作为反馈信号，提示给人， 并控制发出声光电刺激于人体相应器官，本人根据反馈给自己的当前精神 状态，调节心理，控制反馈指标向特定的方向发展，和施加的外部刺激结 合，控制精神状态达到特定的要求。同时，计算机控制气泵，循环挤压下 肢组织，压迫血流向上身及脑部流动，增加脑部供血供氧。提高学习效率。 人的精神状态一旦达到要求，计算机控制多媒体音响系统播出预先设定的 学习内容，达到主动式学习的目的。
本装置的脑电模块和心电模块为现有技术，导联线和刺激线可以采用 进口的或国产的。电脑主板采用技嘉845D型，有PCI插槽，CPU1.7G， 内存128M，硬盘40G，电源采用300W，分别给计算机和功能模块供电； 软件部分在WINDOWSxp操作系统下，用VC、 DEPffl开发的专用分析 软件实现控制。
权利要求1、一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，其特征在于它包含计算机主机、数据采集及刺激输出两个部分；数据采集及刺激输出部分主要包含单片计算机单元、脑电放大器、心电放大器、神经刺激器、光输出刺激器、通讯单元和液晶显示单元；其中脑电放大器、心电放大器的输入端接各自的人体测量电极，输出端通过A/D转换电路与辅助单片机连接；辅助单片机通过通讯单元与包含脑电双频谱处理和心率变异计算软件的计算机主机连接；所述脉冲电刺激器、脉冲光输出刺激器与辅助单片机的控制输出端连接，脉冲电刺激器的输出端接有一人体表面电极，光输出刺激器的输出端接具有发光器的眼罩；计算机主机的音频输出端接学习内容声音输出耳机，计算机主机连接有多媒体学习内容显示屏。
2、 如权利要求1所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，其 特征在于所述的电刺激器包括处理由辅助单片机发出的脉冲波的隔离、 功率放大、恒流控制电路单元。
3、 如权利要求1所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，其 特征在于所述的光刺激器包括处理由辅助单片机发出的脉冲波的功率放 大、整形电路单元，所述的发光器具有不同颜色的发光装置。
4、 如权利要求1所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，其 特征在于所述的通讯单元采用有线和无线两种方式，通过RS232标准接 口或无线接口和主计算机通讯。
5、 如权利要求1所述的一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，其 特征在于所述计算机主机的控制输出端与气泵工作控制电路连接，所述 气泵连接在人体腿部外围的充气袋供气气路上。
专利摘要本实用新型公开了一种生物反馈精神状态调节及辅助学习机，它包含计算机主机、数据采集及刺激输出两个部分；数据采集及刺激输出部分主要包含单片计算机单元、脑电放大器、心电放大器、神经刺激器、光输出刺激器、通讯单元和液晶显示单元；所述脉冲电刺激器的输出端接有一人体表面电极，光输出刺激器的输出端接具有发光器的眼罩；计算机主机的音频输出端接学习内容声音输出耳机。本实用新型具有如下的优点和积极效果通过脑电双频谱指数和心率变异性指数作为反馈指标，计算机控制施加于人体声、光、电、压力刺激，在自主心理作用和外界刺激共同作用下，使人的精神意识达到特定状态，实现主动控制学习的目的。
文档编号G09B5/06GK201060561SQ200720151249
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者吴一兵 申请人:北京易飞华通科技开发有限公司;吴一兵