一种脑机接口的信号采集装置及脑机接口系统

本发明涉及生物医学领域，特别是涉及一种脑机接口的信号采集装置。本发明还涉及一种脑机接口系统。

背景技术：

1、大脑作为人类最重要也是最复杂的器官，理解大脑的结构与功能是当前最具挑战性的前沿科学问题之一。而脑的研究离不开工具，脑机接口技术即为最常用的研究手段，特别是侵入式脑机接口技术，可以通过对神经元级别信号的直接获取、分析和理解，在大脑与外部物理环境间建立直接的信息交互通路，成为目前针对脑运作机理研究阶段的最重要的工具之一。目前，脑机接口技术已经成为全球各国科技竞争的战略高地之一，主要用于医疗康复领域，最直接的获益者就是残障人群。

2、脑机接口主要有非侵入式和侵入式两种方式。非侵入式脑机接口主要是通过安置在头皮上的多通道电极对大脑内部大量神经元的整体电活动进行记录和分析。但非侵入式脑机接口所能采集到的神经信号是脑皮层信号，该信号是经过了硬脑膜、头骨和皮肤后的信号，信息量有限，会损失大量细节，空间分辨率不够。而侵入式脑机接口是指通过将电极深入到大脑皮层，来实现外部设备的控制，可以直接记录到神经元水平的电信号，人的大脑含有多达数百亿个神经元，通过电极的植入，可以精确地检测到神经元的放电活动，具有极高的时空分辨力。

3、侵入式脑机接口所采用的在大脑皮层内植入的电极可以记录到神经信号，电极与数据通道连接，数据通道可以记录对应电极周围一个或多个神经元的神经信号。对于神经信号的采集是脑机接口技术实现的第一步骤，也是一个非常重要的阶段，而这个过程需要电极的参与，由此可以看出，以电极为基础的信号采集装置的设计对脑机接口技术具有非常重要的意义。

4、随着技术的发展，所需采集的神经元数量也在与日俱增，目前常用的电极设计方法是单通道对应单电极的方案，实现方式是一个电极经由一条引线与数据通道进行连接，n个电极就需要n条引线和对应的n条数据通道，在使用多个电极的情况下，就需要多条引线以及多条数据通道，这种情况会受到通道数量及其产生的庞大数据量的限制，加重了后续数据处理的负担。在实际应用中，往往采集神经信号的过程需要用到许多电极，目前在最新的研究中已经涉及到了上万个电极的脑机接口设备的开发，在这种使用多达上万个电极的情况下，单通道对应单电极的方案不仅增加了引线资源的使用，也增加了后续对神经信号进行数据处理的负担。增加后续的数据处理及传输的压力，降低设备的工作效率和工作时间，不利于脑机接口技术的广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种脑机接口的信号采集装置及脑机接口系统，减少了脑机接口技术在应用时受到的高通道数量及庞大数据量的限制，一条数据通道上所获得的信号是连接到这条数据通道的各个电极采集的神经信号的叠加，不会产生神经信号丢失的情况，同时数据通道上的神经信号的密度也随之增加，这样不仅可以获得高密度的神经信号，也减少了引线资源的使用，降低生产制作难度和成本，为后续的数据处理减轻负担，减少工作量，提高工作质量和工作效率。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种脑机接口的信号采集装置，应用于脑机接口系统，包括数据通道和n个电极，n个所述电极并联，且并联后的电路与所述数据通道的输入端连接，所述数据通道的输出端与所述脑机接口系统中的处理模块连接，n为大于1的正整数；

3、所述数据通道用于将所述电极采集到的所处区域的神经信号传输至所述处理模块，以便所述处理模块基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态。

4、优选地，所述神经信号包括电极所处脑区的局部场电位信号和/或神经元的动作电位信号。

5、优选地，n个所述电极通过由导电金属制成的引线并联。

6、优选地，所述数据通道包括传输线路和预处理电路，所述预处理电路的输入端通过所述传输线路与n个并联后的所述电极的电路连接，所述预处理电路的输出端与所述处理模块连接；

7、所述预处理电路用于将所述电极采集到的所处区域的神经信号进行模数转换，并将转换后的信号传输至所述处理模块，以便所述处理模块基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态。

8、优选地，n个所述电极的所处区域属于同一脑区。

9、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种脑机接口系统，包括处理模块和如上述所述的脑机接口的信号采集装置，所述处理模块与所述脑机接口的信号采集装置连接；

10、所述信号采集装置用于将所述电极采集到的所处区域的神经信号传输至所述处理模块；

11、所述处理模块用于基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态。

12、优选地，当所述神经信号包括电极所处脑区的局部场电位信号时，基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

13、所述处理模块基于所述电极所处脑区的局部场电位信号的波动频率和所述电极的所处区域确定大脑状态。

14、优选地，当所述电极的所处区域为大脑的m1区时，基于所述电极所处脑区的局部场电位信号的波动频率和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

15、判断所述电极所处脑区的局部场电位信号的波动频率是否高于预设频率；

16、若是，则判定大脑对应的机体存在上肢肌肉动作的行为。

17、优选地，当所述神经信号包括神经元的动作电位信号时，基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

18、所述处理模块基于所述神经元的动作电位信号的活动信号和所述电极的所处区域确定大脑状态。

19、优选地，当所述电极的所处区域为大脑的m1区时，基于所述神经元的动作电位信号的活动信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

20、判断是否存在连续多个所述神经元的动作电位信号的活动信号；

21、若是，则判定大脑对应的机体存在上肢肌肉动作的行为。

22、本发明提供了一种脑机接口的信号采集装置，应用于脑机接口系统，包括数据通道和n个电极，n个电极并联后采用同一条数据通道实现与处理模块之间的数据通信，减少了脑机接口技术在应用时受到的高通道数量及庞大数据量的限制，一条数据通道上所获得的信号是连接到这条数据通道的各个电极采集的神经信号的叠加，不会产生神经信号丢失的情况，同时数据通道上的神经信号的密度也随之增加，这样不仅可以获得高密度的神经信号，也减少了引线资源的使用，降低生产制作难度和成本，为后续的数据处理减轻负担，减少工作量，提高工作质量和工作效率。

23、本发明还提供了一种脑机接口系统，具有与上述脑机接口的信号采集装置相同的有益效果。

技术特征：

1.一种脑机接口的信号采集装置，其特征在于，应用于脑机接口系统，包括数据通道和n个电极，n个所述电极并联，且并联后的电路与所述数据通道的输入端连接，所述数据通道的输出端与所述脑机接口系统中的处理模块连接，n为大于1的正整数；

2.如权利要求1所述的脑机接口的信号采集装置，其特征在于，所述神经信号包括电极所处脑区的局部场电位信号和/或神经元的动作电位信号。

3.如权利要求1所述的脑机接口的信号采集装置，其特征在于，

4.如权利要求1所述的脑机接口的信号采集装置，其特征在于，所述数据通道包括传输线路和预处理电路，所述预处理电路的输入端通过所述传输线路与n个并联后的所述电极的电路连接，所述预处理电路的输出端与所述处理模块连接；

5.如权利要求1至4任一项所述的脑机接口的信号采集装置，其特征在于，n个所述电极的所处区域属于同一脑区。

6.一种脑机接口系统，其特征在于，包括处理模块和如权利要求1至5任一项所述的脑机接口的信号采集装置，所述处理模块与所述脑机接口的信号采集装置连接；

7.如权利要求6所述的脑机接口系统，其特征在于，当所述神经信号包括电极所处脑区的局部场电位信号时，基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

8.如权利要求7所述的脑机接口系统，其特征在于，当所述电极的所处区域为大脑的m1区时，基于所述电极所处脑区的局部场电位信号的波动频率和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

9.如权利要求6所述的脑机接口系统，其特征在于，当所述神经信号包括神经元的动作电位信号时，基于所述神经信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

10.如权利要求9所述的脑机接口系统，其特征在于，当所述电极的所处区域为大脑的m1区时，基于所述神经元的动作电位信号的活动信号和所述电极的所处区域确定大脑状态，包括：

技术总结
本发明公开了一种脑机接口的信号采集装置，涉及生物医学领域，应用于脑机接口系统，包括数据通道和n个电极，n个电极并联后采用同一条数据通道实现与处理模块之间的数据通信，减少了脑机接口技术在应用时受到的高通道数量及庞大数据量的限制，一条数据通道上所获得的信号是连接到这条数据通道的各个电极采集的神经信号的叠加，不会产生神经信号丢失的情况，同时数据通道上的神经信号的密度也随之增加，这样不仅可以获得高密度的神经信号，也减少了引线资源的使用，降低生产制作难度和成本，为后续的数据处理减轻负担，减少工作量，提高工作质量和工作效率。本发明还公开了一种脑机接口系统，具有与上述脑机接口的信号采集装置相同的有益效果。

技术研发人员：王啸,王永欢,殷明
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12