提高脑‑机接口中运动想象能力的经颅电刺激装置和方法与流程

技术特征：

1.一种提高脑-机接口中运动想象能力的经颅电刺激方法，其特征是，在使用MI-BCI之前，将特定频率的经颅电刺激施加于人脑的初级运动皮层，来调节运动想象期间的ERD，ERS幅值及分布。

2.如权利要求1所述的提高脑-机接口中运动想象能力的经颅电刺激方法，其特征是，将特定频率的经颅电刺激施加于人脑的初级运动皮层，来调节运动想象期间的ERD，ERS幅值及分布，具体步骤是：

1)神经调制过程的设计

神经调制过程用的是经颅电刺激仪，刺激类型为经颅交流电刺激，选择beta频段18～24Hz内的某一频率进行刺激，刺激靶区选择运动想象的对侧初级运动皮层M1区，参考电极置于运动想象同侧的眶上区域，电流大小选择为100～200μA，刺激波形选择正弦波形，刺激时间为10～20分钟；

2)脑电信号的处理过程

2.1)脑电信号的预处理

脑电信号的预处理过程主要包括降采样过程和滤波过程。

a降采样：对于一个样值序列问题间隔几个样值取样一次，这样得到的序列就是原序列的降采样；

b滤波：在脑电采集过程中的大部分非生理伪迹用适当的滤波器滤除；

2.2)脑电信号的特征提取

选择共同空间模式CSP(Common Spatial Patterns)对脑电信号进行特征提取：设单次运动想象脑电信号为矩阵X_N*Y，其中N为导联数，Y为采样点数，那么脑电信号正则化的空间协方差为：

$C=\frac{X_{N*Y}{X_{N*Y}}^T}{trace\left(X_{N*Y}{X_{N*Y}}^T\right)}$

左右手运动想象脑电信号合成的空间协方差矩阵可以表示为：

C_c＝C₁+C₂

其中C₁和C₂分别表示左手和右手运动想象脑电数据的空间协方差矩阵，C_c又分解为：

$C_c=U_c{\mathrm{\λ}}_c{U}_c^T$

其中U_c是C_c特征向量组成的矩阵，λ_c是相应的特征值组成的对角矩阵，上述分解过程是把特征值按降序排列，并用白化矩阵P对C₁和C₂进行白化，白化矩阵为：

$P=\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_c}^{-1}}{U}_c^T$

平均协方差矩阵C₁和C₂可以变换为：

S₁＝PC₁P^T,S₂＝PC₂P^T

S₁，S₂分别表示左右手运动想象的特征矩阵，这时S₁和S₂有共同的特征向量，当S₁的特征值最大时所对应的特征向量是S₂的特征值最小时对应的特征向量，反之亦然，这样左右手运动想象的脑电信号的差别就最大化，因此得以区分左右手运动想象的脑电信号；

2.3)脑电信号的分类方法

选择线性判别分析LDA(Linear Discriminant Analysis)方法；

3)ERD/ERS的量化方法

ERD/ERS的计算公式

$ERD/ERS=\frac{A-R}{R}\×100\%$

其中A表示实验期间特定频段的功率，R表示参考期间特定频段的功率；

当ERD/ERS值为负时，表明该频段能量降低，发生了事件相关去同步；当ERD/ERS值为正时，表明该频段能量上升，发生了事件相关同步；当ERD/ERS值为0，说明没有ERD，ERS现象发生。

3.如权利要求2所述的提高脑-机接口中运动想象能力的经颅电刺激方法，其特征是，滤波器有切比雪夫滤波器，巴特沃斯滤波器。

4.如权利要求2所述的提高脑-机接口中运动想象能力的经颅电刺激方法，其特征是，只进行左右手运动想象的两分类的判别分析，采用Fisher线性判别分析。

5.一种提高脑-机接口中运动想象能力的经颅电刺激装置，其特征是，包括经颅电刺激仪、脑电信号采集装置、计算机组成，脑电信号采集装置采集脑电信号，计算机设置有脑电信号特征提取模块，提取脑电信号特征；其中，经颅电刺激仪用于，在使用MI-BCI之前，将特定频率的经颅电刺激施加于人脑的初级运动皮层，来调节运动想象期间的ERD，ERS幅值及分布。