一种基于多导联脑电的生物反馈技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多导联脑电的生物反馈技术，它包括4个步骤——(1)针对任务选择与任务相关的敏感区域安放导联电极，实时采集多导脑电信号；(2)对每1秒长度的信号，对各导联独立地实施动态等概率符号化构成符号序列；(3)步骤2中得到的符号序列，以采集时电极的安放位置为依据，将位置相邻的导联两两配对，提取非线性相关参数----联合符号信息熵；(4)步骤3中得到的非线性相关参数，结合敏感区域信息，以图形方式反馈给受训练者。本方法不需要对采集的脑电做人工去伪迹等预处理，能在短时内敏感地反映不同训练任务时脑活动的功能状态，经实际数据测试，效果很好。
【专利说明】一种基于多导联脑电的生物反馈技术
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及脑电信号处理和脑电生物反馈技术。
【背景技术】
[0002]脑电生物反馈(EEG b1feedback)技术，又称为神经反馈(neurofeedback, NF)技术，是指从人的头皮或皮质层采集大脑活动过程中伴随的电信号，提取其特征来反映大脑的活动状态，并以视听方式实时反馈给受训练者，以使受训练者能够主动控制其中枢神经系统活动朝正常的、健康的方向发展的一大类技术。其中以注意力训练为目的的脑电反馈系统最为常见，目前在国内也不断有该类产品问世。
[0003]然而，当前的脑电生物反馈技术仍存在以下局限:
[0004]首先，目前国内用于注意力训练的脑电生物反馈仪多数都只有三端(左耳、右耳、头顶)单导脑电采集。脑电带有不可忽视的区域性，即便是注意力，在不同的注意力任务下，例如听觉注意力、视觉注意力、记忆、心算等，其涉及的大脑区域也是有差异的。此外，由于不同人之间存在巨大的个体差异，即使是同样的任务，不同人的敏感脑区也不一定是完全一样的。因此，单导脑电采集无法满足涉及不同脑功能区域的多功能分析训练的要求，也无法满足针对不同训练个体的灵活性与适应性。
[0005]其次，具备更广泛用途的脑电反馈系统，尽管国外有多导联脑电采集系统，其使用的参数却仍然以频域分析参数为主，典型的是独立地针对各导联，对Θ (4Hz?8Hz)、a (8Hz?13Ηζ)、β (13Ηζ?30Ηζ)波进行能量计算。由于复杂的神经连接及神经信号的传导，不同脑区域间又不可避免的具有复杂的非线性关联，单纯独立地对各导脑电信号分析将无法获得此种关联信息，从而也无法全面地反映大脑的活动状态。
[0006]再者，尽管目前也有一些处于研究阶段的多导联脑电信号间的相关分析方法，例如相干法、相同步法等，这类方法往往受噪声、干扰影响非常严重。由于脑电信号非常微弱，采集过程中常常混有各种噪声或干扰，信噪比较低，因此实际应用中，该类方法的应用受到局限。
[0007]针对上述局限，如能基于多导脑电信号的采集及可靠的非线性相关分析建立脑电生物反馈系统，将有效推动脑电生物反馈技术。
【发明内容】
[0008]发明目的。
[0009]本发明的目的在于提出一种基于多导联脑电的生物反馈技术，利用对与任务相关的敏感区域中不同导联间脑电信号的非线性相关分析，实现对不同训练任务中的大脑活动状态的实时评价与反馈。
[0010]技术方案。
[0011]本发明的目的是这样实现的:
[0012]根据具体训练任务来选择与任务相关的敏感区域安放导联电极，基于实时采集到的敏感区域的多导脑电图信号，先针对各导联独立地进行动态等概率符号化以构成符号序列，将电极位置相邻的导联两两配对，提取非线性相关参数----联合符号信息熵，以该联合符号信息熵为相邻导联间的相关性评价，将敏感区域的相关参数作为状态评价参数反馈给训练对象。本发明的核心包括电极安放位置选择、对实时采集的敏感区域的脑电信号实施动态等概率符号化和对电极位置相邻的导联实施联合符号信息熵提取三大部分。
[0013]进一步，本发明中所述的电极位置安放，包括根据具体的反馈训练任务，例如视觉注意力、听觉注意力、记忆、心算等，选择相应的脑功能敏感区域来安放电极。
[0014]进一步，本发明中所述的动态等概率符号化，包括以下步骤:
[0015]对于实时采集到的多导联EEG信号Ixij:1≤i≤N}，其中j代表导联号，考察其概率分布，依据其概率分布进行符号化构成新的符号序列{su:l<i<N}。记符号数为m，符号化规则描述如下:
[0016]首先对{xu:1≤i≤N}排序后进行m等分,找到m-Ι个等分位点,记为?1;?2,…，
V1，则
[0017]
【权利要求】
1.一种基于多导联脑电的生物反馈技术，其特征是，包括下列四个步骤: 1)针对训练任务选择与任务相关的敏感区域安放导联电极，实时采集多导脑电信号； 2)对步骤I中采集到的每I秒长度的信号，对各导联独立地实施动态等概率符号化构成符号序列； 3)步骤2中得到的符号序列，以采集时电极的安放位置为依据，将位置相邻的导联两两配对，提取非线性相关参数一一联合符号信息熵； 4)步骤3中得到的非线性相关参数，结合敏感区域信息，以图形方式反馈给受训练者。
2.根据权利要求1所述的一种基于多导联脑电的生物反馈技术，其特征是，所述步骤3)中，联合符号信息熵的提取，包括: 2.1)以脑电信号采集时电极摆放的位置为依据，将相邻的导联两两配对，形成二维符号矢量序列， 2.2)统计各种可能的符号矢量在一定时间内出现的概率^，其中
2.3)然后根据公式
计算两相邻导联间的联合符号信息熵。
【文档编号】A61B5/0476GK104127180SQ201410411948
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】黄晓林, 余晗卿, 曾燕, 陈伟, 胡月明, 刘爱丽, 闫华文, 刘红星, 司峻峰 申请人:南京大学