用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统和方法。系统包括：脑电波检测器，其用于检测脑电波；声音输出单元；图像输出单元；以及计算装置，包括：脑电波分析模块，其用于分析通过脑电波检测器检测到的脑电波信号；脑电波刺激文件数据库，其中存储与有效脑电波的生成有关的视觉或听觉信息或关于该视觉或听觉信息的多媒体文件；脑电波增强文件数据库，其中存储用于增强生成的特定有效脑电波的多种听觉信息；以及控制模块，其设计于使声音输出单元和图像输出单元工作，如果根据脑电波分析模块的分析判定生成有效脑电波，则从脑电波增强文件数据库中找到适合该有效脑电波的脑电波增强文件，并通过声音输出单元而控制音量地播放。
【专利说明】用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过控制音量来增强有效脑电波的系统和方法。更具体地，本发明涉及利用神经反馈理论的用于有效脑电波增强的系统和方法，其中通过增大音频信息的播放的音量来增强有效脑电波，所述音频信息能够引起有效脑电波的生成。
【背景技术】
[0002]随着社会发展得越来越复杂和富含竞争性，从而使涉及压力的疾病开始增加，例如焦虑性障碍、抑郁症、头痛、睡眠紊乱等。虽然用于防止涉及压力的疾病的最佳的解决方案是避开患者的压力源，但这对于总是受到压力的现代人而言是不实际且难以做到的。当经历压力的增大时，人很可能遭受自主神经系统的交感神经系统的刺激条件，也就是，交感神经过敏，其可以导致诸如失眠、抑郁症等精神疾病症状的开始。另外，因此释放的应激激素会大量降低免疫力，通过引入身体疾病与甚至是癌症而对人体健康产生威胁。
[0003]在1929年，汉斯伯格(Hans Berger)提出了 “脑电波”的概念。脑电波是重要的生物信号，其表征人类大脑的活动。脑电波主要划分成五个频带:德尔塔(δ) (l-4Hz)、西塔(θ) (4-8Ηζ)、阿尔法(α) (8-13Ηζ)、贝塔(β) (14-30Ηζ)和伽马(y ) (30-120Ηζ) 0 人类脑电波主要为具有多重和变化频率(14Ηζ-30Ηζ)的贝塔状态，是因为其通常通过包括说、听、触、嗅和看的五感而与正常清醒意识相关。可以在放松的清醒时检测到阿尔法活动并且其在专注学习时或在闭眼冥想或沉思时增强。对于认知和做梦之间的边界状态的记录，西塔波在人睡眠时，但没有在最深层的睡眠或放松状态下产生。西塔波被认为与创造力和学习能力有关。比西塔波频率更低的德尔塔波通常与最深层的睡眠有关或标记为无意识的状态。当大脑显示德尔塔活动，发现生长激素大量释放。德尔塔波还在脑瘤、脑炎或意识降低的患者中检测到。伽马波主要在主观意识和激动时生成。
[0004]在1934年，两位英国剑桥大学的科学家Ε.D.艾德里安(E.D.Adrian)和B.H.C.马修斯(B.H.C.Matthews)提出了神经反馈理论，他们发现仅仅通过对受检者给予一定波信号生成的信息，大脑就自动地倾向于产生这种波。同样，巴甫洛夫(Pavlov)建立了相似的条件反射，其发现当响起铃声后相继地将食物呈现在狗面前，狗会在食物呈现时不自觉地分泌唾液，并且随后狗会将铃声和食物联系到一起，并在铃声响起后分泌唾液。现在，在多种领域发现了神经反馈的应用，包括注意力集中训练、用于对多动症(ADHA)和孤独症的干涉以及诸如焦虑、月经、失眠、抑郁等涉及压力的疾病的治疗等，都具有有益疗效。
[0005]然而，迄今开发的许多设计为以诸如视频游戏或图片的视觉的形式来实现脑电波输出信息的神经反馈程序，并因此受到闭眼时无法发挥生成的诸如阿尔法波的脑电波的效果的不便。
【发明内容】
[0006]相应地，本发明关注上述发生在现有技术的问题，并且本发明的一个目标是利用神经反馈理论提供用于有效脑电波增强的系统和方法，其中通过增加音频信息的播放的音量来增加有效脑电波，所述音频信息能够引起有效脑电波的生成。
[0007]为了实现上述目标，本发明的一方面是提供一种用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统，包括:脑电波检测器，其用于检测脑电波；声音输出单元；图像输出单元；以及计算装置，包括:脑电波分析模块，其用于分析通过所述脑电波检测器检测到的脑电波的信号；脑电波刺激文件数据库，其中存储与有效脑电波的生成有关的视觉或听觉信息或关于该视觉或听觉信息的多媒体文件；脑电波增强文件数据库，其中存储用于增强生成的特定有效脑电波的多种听觉信息；以及控制模块，其设计为使所述声音输出单元和所述图像输出单元工作，如果根据所述脑电波分析模块的分析判定生成有效脑电波，则从所述脑电波增强文件数据库中找到适合该有效脑电波的脑电波增强文件，并通过所述声音输出单元而控制音量地播放。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述系统进一步包括触觉刺激装置或嗅觉刺激装置，其中所述控制模块使所述触觉刺激装置或嗅觉刺激装置工作来生成特定有效脑电波。
[0009]在本发明的另一个实施例中，所述控制模块设计为与所述特定有效脑电波的增强成比例地增大所述音量。
[0010]根据本发明的另一方面，其提供一种用于增强有效脑电波的方法，包括:(a)播放用于生成特定有效脑电波的脑电波刺激文件；(b)根据脑电波分析模块的分析来判定所关注的有效脑电波的生成；以及(C)如果在步骤(b)中生成了特定有效脑电波，则播放用于增强该有效脑电波的音频文件。
[0011]在一个实施例中，所述方法进一步包括:(d)与所述特定有效脑电波的增强成比例地增大所述音频文件播放的音量。
[0012]由于根据本发明的通过控制音量来增强有效脑电波的系统和方法可以用于抑制多种成瘾的刺激病因，包括酒瘾、烟瘾、毒瘾、性瘾、赌瘾、嗜糖、沉迷赛马以及沉迷游戏等，同样可以作为涉及压力的紊乱的治疗，例如头痛、紧张或焦虑，以及轻度抑郁，这是因为本系统能够引发大脑增强使心理稳定的阿尔法波，从而减轻来自放纵沉迷的刺激的紧张和神经过敏。
[0013]除了精神疾病治疗，本发明的系统和方法能够用作向普通人或处在特定状况下的人有效传递情感表达或信息的手段。例如，当用阿尔法波准备好一段示爱或抱有希望的语音文件时，本发明的系统和方法能够用于增强爱人间的和睦或对于失败的鼓励。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示出根据本发明实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的方案的不意图；
[0015]图2是图1中图示的系统的功能框图；
[0016]图3是说明根据本发明的用于通过控制音量来增强有效脑电波的方法的流程图；
[0017]图4是图示根据本发明另一实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的外观的不意图；
[0018]图5是图4中图示的系统的功能框图。
[0019]附图标记
[0020]10:图像输出单元20:声音输出单元
[0021]30:触觉刺激装置40:嗅觉刺激装置
[0022]50:脑电波检测器60:键盘
[0023]70:鼠标80:输出接口
[0024]90:输入接口100:计算机
[0025]110:微处理器120:存储器控制器
[0026]125:图形控制器130:1/0控制器
[0027]140:网络控制器150:主存储设备
[0028]160:硬盘161:操作系统
[0029]162，310:控制模块163，360:脑电波分析模块
[0030]164，340:脑电波刺激文件数据库
[0031]165，350:脑电波增强文件数据库
【具体实施方式】
[0032]将参照图示描述根据本发明的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的优选实施例，其中在不同的图示中使用相同的附图标记来指代相同或相似的组件。
[0033]参照图1，其为根据本发明实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的方案，而图2是图1中图示的系统的功能框图。由图1和图2可知，根据本发明实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统可以设置在一空间中，例如医院或康复机构的理疗部200。该系统通常可以划分为计算机100，其安装了有效脑电波增强程序；输出模块，其包括图像输出单元10和声音输出单元20用于分别输出多种图像和声音以分别来引起肌肉放松和产生特定有效脑电波；以及触觉刺激装置30和嗅觉刺激装置40，其分别生成用于协助肌肉放松或特定有效脑电波生成的触碰和气味；输出接口 80，其用于将输出模块与计算机100相连接；输入模块，其包括键盘60和鼠标70，均用于输入或设定关于有效脑电波增强的信息；以及脑电波检测器，其由病人A使用或佩戴，用于判定肌肉放松的程度或是否有特定有效脑电波生成；以及输入接口 90，其用于将输入模块和计算机100相连接。
[0034]在该系统的构造中，声音输出单元20可以典型地由扬声器来实现。例如，能够生成立体声的多路扬声器系统，例如5.1声道扬声器系统,可以用于将声音效果最大化。图像输出单元10可以仅仅是计算机显示器，或可以为优选实施例的通过适用于在安装于理疗部200的病人前方的投影2D或3D图像的电子束投影机(beam pro jector),或通过HMD (头戴式显示器)。
[0035]触觉刺激装置30设计为生成有助于特定有效脑电波的生成的视觉的或听觉刺激。例如，触觉刺激装置可以为用于产生对人体无害的超声波的超声波发生器，或振动器。在这点上，振动器可以设置在座位上或病人座椅230的背部。超声波发生器可以布置在理疗部200的合适位置。嗅觉刺激装置40可以通常用于诱导肌肉或精神放松，从而生成诸如阿尔法波的特定有效脑电波。在一个实施例中，嗅觉刺激装置40可以为气味发生器。嗅觉刺激装置40可以包括用于点燃固体或液体气味源的加热器，和用于将生成的气味分散在空气中的鼓风机。在一个实施例中，嗅觉刺激装置40可以由独立的自然或人工气味源组成。脑电波检测器50可以包括典型的脑电波检测传感器。输出接口 80和输入接口 90可以分别由诸如USB接口(集线器)构成。
[0036]对于计算机100，其可以为通用个人计算机，其硬件组成元件包括:微处理器110，其作为中央处理单元(CPU);主存储单元150，其由随机存取存储器(RAM)组成；存储器控制器120，其用于控制主存储单元150 ;图形控制器125，其由用于处理多种图形的图形存储器组成；以及I/O控制器130，其用于通过输入接口 90和输出接口 80来控制数据的输入/输出；网络控制器140，例如LAN卡，其用于支持诸如因特网通信的电信；以及硬盘160，其中安装了本发明的有效脑电波增强程序。
[0037]在计算机系统中，硬盘160可以存储有效脑电波增强程序，其能够基于诸如微软的Windows XP系列的操作系统161来工作，以及数据库，其中系统地管理多种相关的数据和文件。数据库可以包含脑电波刺激文件数据库164，其中存储有关于有效脑电波的生成的图像或声音或与该图像或声音相关的多媒体；以及脑电波增强文件数据库165，其中存储多种用于增强生成的特定有效脑电波的声音。
[0038]而后，有效脑电波增强程序可以包括:脑电波分析模块163，其用于分析通过脑电波检测器50检测到的脑电波信号以判定生成的是什么脑电波；控制模块162，其设计为操作触觉刺激装置30或嗅觉刺激装置40来生成有效脑电波或从脑电波刺激文件数据库中找到合适的脑电波刺激文件以通过声音输出单元20或图像输出单元10来输出脑电波刺激，通过上述方法如果根据有效脑电波分析模块的分析判定生成了有效脑电波，则从脑电波增强文件数据库165中找到适用于该有效脑电波的脑电波增强文件并且通过声音输出单元20输出，并随时间控制音量。
[0039]图3是基于控制模块162来说明用于通过音量控制来增强有效脑电波的方法的流程图。在如图3所示的根据本发明的用于通过音量控制来增强有效脑电波的方法中，使得用于使心理稳定的诸如图像输出单元10、声音输出单元20、触觉刺激装置30或嗅觉刺激装置40的刺激装置工作来生成阿尔法波(SlO)。在这点上，脑电波刺激文件，例如，诸如平静的大海或大草原景色的自然地形的图片(下文中指代为“背景景色”)，或宁静的音乐片段(下文中指代为“背景音乐”)，其存储在脑电波刺激文件数据库164中，并通过图像输出单元10和声音输出单元20而输出。
[0040]如果心理状态在这种条件下随时间稳定，从枕骨脑叶的自然震荡中生成的阿尔法波增加。在步骤S20中，通过脑电波分析模块163来分析在脑电波检测器50中检测到的脑电波，并在步骤S30中，根据分析结果，通过检验诸如阿尔法波的特定有效脑电波的振幅是否超过参考值来判定特定有效脑电波的生成。
[0041]当生成的诸如阿尔法波的特定有效脑电波低于在步骤S30中的参考值的水平时，重复步骤S20。相反地，当脑电波的振幅高于参考值时，从脑电波增强文件数据库165中找到对应的脑电波增强文件并通过声音输出单元40输出。如果特定有效脑电波是阿尔法波，则脑电波增强文件可以包括例如平静的水声或风声等的声音信息。起初，文件以最低音量播放，其作为缺省值。当阿尔法波的振幅低于参考值时，只输出背景图片和背景声音。一旦其振幅超过参考值，则音量不变地与背景音乐一起输出脑电波增强声音。
[0042]在步骤S50中，将脑电波增强声音的音量逐渐增强至预定的水平以增强例如阿尔法波的特定有效脑电波。在这里，可以定时间间隔地或按与每时刻的阿尔法波的振幅增强成比例地增加音量。例如，如上所述，病人看见不具有水声的海洋景色，其间生成阿尔法波并增加至参考值，则开始输出水声。而后，当眼睛合上或睁开，随着阿尔法波的增强而增大水声音量，基于神经反馈理论可以借此来增强阿尔法波的振幅。
[0043]除了自然声音之外，也可以使用音乐、动物的声音或例如爱人说“我爱你”的人类声音来作为增强脑电波的声音。
[0044]图4是图示根据本发明另一实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的外观的示意图。图5是图4中图示的系统的功能框图。图4和图5示出了在诸如智能手机或智能平板电脑的个人移动设备300上使用根据本发明的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统的应用。在此情况下，在通过电线400连接至个人移动设备300的耳机的头套420上设置脑电波检测器430。
[0045]如图4和图5所示，可以将根据本发明另一实施例的用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统作为应用程序安装在个人移动设备上。在图中，附图标记310、340、350和360分别代表与图2中所说明的相同的控制模块、脑电波刺激文件数据库、脑电波增强文件数据库和脑电波分析模块，并且附图标记320和330分别为声音处理模块和图像处理模块。
[0046]同时，脑电波检测器430可以包括脑电波检测传感器432和用于向个人移动设备300发送检测到的脑电波的无线通信模块434。对于无线通信设备，通常在个人移动设备上使用蓝牙模块。在图中，附图标记370代表用于个人移动设备300上的无线通信模块。
[0047]虽然已经出于示意的目的描述了本发明的优选实施例，但在不离开如所附的权利要求书所公开的本发明的范围和精神内，由本领域的技术人员可以想到多种可能的修改例、改进例和替代例。
【权利要求】
1.一种用于通过控制音量来增强有效脑电波的系统，包括: 脑电波检测器，其用于检测脑电波； 声音输出单兀； 图像输出单元；以及 计算装置，包括: 脑电波分析模块，其用于分析通过所述脑电波检测器检测到的脑电波信号； 脑电波刺激文件数据库，其中存储与有效脑电波的生成有关的视觉或听觉信息或关于该视觉或听觉信息的多媒体文件； 脑电波增强文件数据库，其中存储用于增强生成的特定有效脑电波的多种听觉信息；以及 控制模块，其设计为使所述声音输出单元和所述图像输出单元工作，如果根据所述脑电波分析模块的分析判定生成有效脑电波，则从所述脑电波增强文件数据库中找到适合该有效脑电波的脑电波增强文件，并通过所述声音输出单元而控制音量地播放。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括触觉刺激装置，并且所述控制模块使所述触觉刺激装置工作来生成特定有效脑电波。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统进一步包括嗅觉刺激装置，并且所述控制模块使所述嗅觉刺激装置工作来生成特定有效脑电波。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制模块设计为与所述特定有效脑电波的增强成比例地增大所述音量。
5.一种通过控制音量来增强有效脑电波的系统，包括: 声音处理模块，其用于输出声音； 图像处理模块，其用于输出图像； 脑电波分析模块，其用于通过无线通信来接收脑电波并分析所述脑电波，所述脑电波为通过用于检测脑电波的脑电波检测器检测的脑电波。 脑电波刺激文件数据库，其中存储与有效脑电波的生成有关的视觉或听觉信息或关于该视觉或听觉信息的多媒体文件； 脑电波增强文件数据库，其中存储用于增强生成的特定有效脑电波的多种听觉信息；以及 控制模块，其设计为使所述声音输出单元和所述图像输出单元工作，如果根据所述脑电波分析模块的分析判定生成有效脑电波，则从所述脑电波增强文件数据库中找到适合该有效脑电波的脑电波增强文件，并通过声音输出单元而控制音量地播放。
6.根据权利要求5所述的系统，其在选自智能手机和智能平板电脑的个人移动设备上使用。
7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括耳机，其用于所述智能手机或所述智能平板电脑，其中所述耳机包括脑电波检测器，其设置在耳机的头套内并包括用于检测脑电波的脑电波检测传感器；以及无线通信模块，其用于向所述智能手机或所述智能平板电脑发送检测到的脑电波。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制模块设计为与所述特定有效脑电波的增强成比例地增大所述音量。
9.一种用于增强有效脑电波的方法，包括: (a)播放用于生成特定有效脑电波的脑电波刺激文件； (b)根据脑电波分析模块的分析来判定所关注的有效脑电波的生成；以及 (C)如果在步骤(b)中生成了特定有效脑电波，则播放用于增强该有效脑电波的音频文件。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括: (d)与所述特定有效脑电波的增强成比例地增大所述音频文件播放的音量。
【文档编号】A61B5/0476GK104254358SQ201380021888
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2012年4月26日
【发明者】李尚薰, 申昊澈, 李莲顺, 韩德贤, 金在信 申请人:体悟C&C股份有限公司