一种基于脑电信号的在线注意力检测系统及检测方法

本发明属于注意力检测，尤其是涉及一种基于脑电信号采集和分析的注意力检测系统及检测方法。

背景技术：

1、目前，在学习中许多场景都需要高度集中注意力，学习者处理大量输入信息时，由于个体认知处理资源的有限性，需要注意力协助分配有限认知资源到最需要的信息上，而注意力检测是衡量注意力集中程度的手段。

2、传统的注意力检测手段主要有神经心理测验，问卷填写等，随着认知神经科学和计算机技术的发展，脑电信号对注意力检测的作用被发掘出来，脑电信号是大脑皮层的电信号，是脑部状态和行为的直接反映，研究表明脑电信号的诸多特征都会受到注意力状态的影响。

3、而在上述提到的检测方法中，人的注意状态检测多用于注意缺陷与多动障碍辅助诊断，缺乏在线的反馈；同时数据大多使用公开数据集或者合作医院的数据，没有针对正常人群注意力状态的采集和分析；此外，现存的注意状态检测系统缺乏互动性和趣味性，在评估上存在表现形式单一的不足。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的公开了一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统及检测方法，该注意力检测系统能够解决现有技术中不能实时检测对象的注意力集中状态且对检测对象的注意力集中状态提供反馈。

2、技术方案：本发明所述的一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统，包括脑电信号采集模块、脑电信号预处理模块、注意状态分类模块、数据传输模块及注意状态反馈模块；

3、所述脑电信号预处理模块的一端与脑电信号采集模块相连接，其另一端与注意状态分类模块相连接；

4、所述注意状态分类模块的另一端与数据传输模块相连接；

5、所述数据传输模块的另一端与注意状态反馈模块相连接；

6、其中，脑电信号采集模块，其用于实时采集使用者脑电信号数据，并输出所述脑电信号数据；

7、脑电信号预处理模块，其与所述脑电信号采集模块相连，用于实时预处理所述采集的脑电信号数据，并输出预处理完成的脑电信号；

8、注意状态分类模块，其与所述脑电信号预处理模块相连，用于将所述预处理完成的脑电信号进行分类，并输出脑电信号的注意力状态分类结果；

9、数据传输模块，其与所述注意状态分类模块和所述注意状态反馈模块相连，用于将注意状态分类模块输出的脑电信号注意力状态分类结果传输到注意状态反馈模块；

10、注意状态反馈模块，其与数据传输模块相连，用于将脑电信号分类结果转换成可视的游戏界面和使用者互动。

11、进一步的，所述脑电信号采集模块包括相互连接的头戴式脑电信号采集设备、无线数据传输设备及无线数据接收设备；

12、其中，所述头戴式脑电信号采集设备用于实时捕捉使用者脑部不同电极位置的生物电信号；

13、所述无线数据传输设备用于将所述头戴式脑电信号采集设备收集的脑电数据通过无线热点传回计算机设备；

14、所述无线数据接收设备用于接收所述无线数据传输设备传回的脑电数据，并采用图形化界面实时展示脑电信号。

15、进一步的，一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统的检测方法，其具体操作步骤如下：

16、步骤(1)、通过脑电信号采集模块实时采集检测对象的脑电信号数据，并将脑电信号数据传回至脑电信号预处理模块；

17、步骤(2)、通过脑电信号预处理模块将接收的脑电信号数据进行去噪和特征提取后得到特征值，将得到的特征值发送至注意状态分类模块；

18、步骤(3)、注意状态分类模块将得到的特征值进行分类，并向数据传输模块输出脑电信号的注意力状态分类结果；

19、步骤(4)、数据传输模块将接收到的脑电信号注意力状态分类结果再传输至注意状态反馈模块；

20、步骤(5)、注意状态反馈模块将接收到的脑电信号注意力状态分类结果转换成可视的游戏界面和使用者互动。

21、进一步的，在步骤(3)中、所述注意状态分类模块将得到的特征值进行分类具体的是：所述注意状态分类模块将特征值输入训练完成的脑电信号分类器中，从而得到检测对象实时的注意力状态；

22、所述脑电信号分类器的训练方法具体包括：

23、(3.1)、采集训练使用的脑电数据的实验范式；

24、(3.2)、对采集获得的脑电信号进行预处理，得到预处理后的脑电信号；

25、(3.3)、对预处理后的脑电信号进行特征提取，得到预处理后脑电信号的特征参数；

26、(3.4)、使用所述特征提取提取到的特征参数进行分类器的训练，得到训练完成后脑电信号分类器。

27、进一步的，在步骤(3.1)中，所述实验范式包括注意实验范式及非注意实验范式。

28、所述注意实验范式是用于采集被试在注意力集中状态下的脑电数据；

29、其中，所述注意实验范式具体包括：

30、游戏游玩视频，选择三种不同的游戏游玩视频，所述游戏游玩视频用于采集被试在注意力集中状态下的脑电数据；

31、所述非注意实验范式用于采集被试在注意力不集中状态下的脑电数据；

32、所述非注意实验范式具体包括：

33、静止游戏画面，选择三种不同的游戏静止画面，所述游戏静止画面用于采集被试在注意力不集中状态下的脑电数据。

34、有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的特点是：本发明建立了一种基于脑机接口的注意状态实时评估反馈系统，系统根据测试对象实时脑电信号给出注意状态评估，并通过游戏界面实现实时反馈和交互，测试对象在不同任务中的总体表现进行评分，从多个维度对测试对象注意状态进行反馈。

技术特征：

1.一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统，其特征在于：包括脑电信号采集模块、脑电信号预处理模块、注意状态分类模块、数据传输模块及注意状态反馈模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统，其特征在于，

3.如权利要求1-2任意所述的一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统的检测方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统的检测方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种基于脑电信号分析的在线注意力检测系统的检测方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于脑电信号的在线注意力检测系统及检测方法。属于注意力检测技术领域，包括脑电信号采集模块、脑电信号预处理模块、注意状态分类模块、数据传输模块及注意状态反馈模块；具体步骤：通过脑电信号采集模块实时采集检测对象的脑电信号数据传回脑电信号数据；通过脑电信号预处理模块将脑电信号数据进行去噪和特征提取，得到特征值后发送到注意状态分类模块；注意状态分类模块将特征值输入训练完成的脑电信号分类器中，得到检测对象实时的注意力状态。本发明根据测试对象实时脑电信号给出注意状态评估，并通过游戏界面实现实时反馈和交互，测试对象在不同任务中的总体表现进行评分，从多个维度对测试对象注意状态进行反馈。

技术研发人员：张道强,孙茜茹,周月莹
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11