一种基于脑电的反馈交互评估系统、方法及装置

本发明涉及脑机双向交互，具体而言，涉及一种基于脑电的反馈交互评估系统、方法及装置。

背景技术：

1、当前人机交互控制技术的研究成果主要集中于人对机器装置的意图解码与控制技术领域。然而，机器人到用户的智能感知反馈技术，特别是直觉、自然的实时触-力觉的反馈，至今仍没有突破性进展。使用者控制机器人作业或使用机器人进行训练评估时，由于缺乏直觉、有效的感知功能，只能通过目视或位于机器人本体操作部上的摄像设备进行辅助操作，大都存在控制性能不强、人机交互协作能力不足、辅助训练效果不佳的缺点。面对交互控制精度差、效率低的问题，使用者只能靠日积月累的经验积累与训练学习提升操作精度和操作效率。

2、此外，目前人机双向交互涉及与神经生理学、认知心理学相关的人体感知识别、认知负担等相关交互任务时，具有很大程度的个人主观性，训练时难以获得与使用者适配的训练方案，使用者的操作精度和操作效率也难以提升，如何更好地确定训练方案，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是如何更好地制定人机交互设备的训练方案。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于脑电的反馈交互评估系统，包括受控模块、第一获取模块、第二获取模块、第一信息处理模块和第二信息处理模块；

3、所述受控模块用于接收来自使用者的交互动作，并根据所述交互动作产生行为学表现数据；

4、所述第一获取模块与受控模块通信连接，用于接收所述受控模块发送的行为学表现数据；

5、所述第二获取模块用于在所述受控模块接受所述交互动作时同步获取所述使用者的脑电信号，获得人机交互时的脑功能响应数据；

6、所述第一信息处理模块用于对所述脑功能响应数据和所述行为学表现数据进行特征分析与处理，生成指标性分析结果；

7、所述第二信息处理模块用于对所述指标性分析结果进行评估量化获得评估结果，根据所述评估结果确定新的训练任务。

8、可选地，所述脑电信号包括：感觉脑电响应、认知脑电响应和运动脑电响应，所述感觉脑电响应包括触觉脑电响应、听觉脑电响应和视觉脑电响应；

9、所述指标性分析结果包括：心理负荷评估量表、注意资源分布的皮层响应量化结果，及交互任务性能表征的单、多脑区响应网络结果的至少一种。

10、可选地，还包括多信息反馈模块，所述多信息反馈模块用于基于所述行为学表现数据生成反馈信息，所述反馈信息包括视觉反馈、触觉反馈或听觉反馈的至少一种。

11、可选地，所述多信息反馈模块包括：

12、触觉刺激模块，所述触觉刺激模块包括机械振动装置和电刺激装置；

13、视听觉刺激模块，所述视听觉刺激模块包括近眼显示器。

14、可选地，所述第二信息处理模块在获得所述指标性分析结果之前，还用于获取预设任务，并获取所述预设任务中的虚拟物体的物理特征，获得特征指标，根据所述特征指标确定完成所述预设任务时所需的力学数据，其中，所述预设任务为预设的训练任务。

15、可选地，所述第二信息处理模块还用于根据所述预设任务确定训练约束，所述训练约束包括预设训练轨迹、预设训练力度区间和预设训练速度。

16、可选地，所述对所述脑功能响应数据进行特征分析与处理，生成指标性分析结果包括：

17、提取所述脑功能响应数据的信号特征，所述信号特征包括事件相关电位、持续时间、响应时序和高电位区域；

18、确定所述行为学表现数据和所述特征指标的一致性，获得一致性指标；

19、建立所述信号特征与所述一致性指标的映射，获得映射结果；

20、根据所述映射结果确定所述信号特征的所述指标性分析结果。

21、第二方面，本发明还提供一种基于脑电的反馈交互评估方法，应用于如上所述的基于脑电的反馈交互评估系统，所述基于脑电的反馈交互评估方法包括：

22、确定预设任务，根据所述预设任务确定虚拟物体的物理特征；

23、获得交互数据，根据所述物理特征与所述交互数据确定行为学表现数据；

24、在获得所述交互数据的同时获取脑功能响应数据；

25、根据所述脑功能响应数据和所述行为学表现数据确定评估结果；

26、根据所述评估结果形成新的训练任务。

27、可选地，所述根据所述评估结果形成新的训练任务包括：

28、当所述评估结果低于预设评估等级时，降低所述训练任务的难度；

29、当所述评估结果高于预设评估等级时，增加所述训练任务的难度。

30、第三方面，本发明还提供一种基于脑电的反馈交互评估装置，包括：

31、特征确定单元，其用于确定预设任务，根据所述预设任务确定虚拟物体的物理特征；

32、第一获取单元，其用于获得交互数据，根据所述物理特征与所述交互数据确定行为学表现数据；

33、第二获取单元，其用于在获得所述交互数据的同时获取脑功能响应数据；

34、评估单元，其用于根据所述脑功能响应数据和所述行为学表现数据确定评估结果；

35、任务更新单元，其用于根据所述评估结果形成新的训练任务。

36、相较于现有技术，本发明通过第一获取模块获取受控模块在使用和训练时产生的交互信息，作为使用者的行为学表现数据，用于记录和量化使用者人机交互时的行为控制能力；通过第二获取模块同步获取使用者交互控制时的脑功能响应数据，依据脑功能响应数据，即与行为学表现数据同步的诱发脑电位响应特征表征使用者主、客观的交互控制性能。通过第二信息处理模块融合使用者的行为学控制精度和同步的脑功能响应特征评测当前预设任务与使用者能力之间的匹配度，从而获得评估结果，进而确定新的适配训练任务，保证提升使用者的训练效率。

技术特征：

1.一种基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，包括受控模块、第一获取模块、第二获取模块、第一信息处理模块和第二信息处理模块；

2.根据权利要求1所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，所述脑电信号包括感觉脑电响应、认知脑电响应和运动脑电响应，所述感觉脑电响应包括触觉脑电响应、听觉脑电响应和视觉脑电响应；

3.根据权利要求1所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，还包括多信息反馈模块，所述多信息反馈模块用于基于所述行为学表现数据生成反馈信息，所述反馈信息包括视觉反馈、触觉反馈或听觉反馈的至少一种。

4.根据权利要求3所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，所述多信息反馈模块包括：

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，所述第二信息处理模块在获得所述指标性分析结果之前，还用于获取预设任务，并获取所述预设任务中的虚拟物体的物理特征，获得特征指标，根据所述特征指标确定完成所述预设任务时所需的力学数据，其中，所述预设任务为预设的训练任务。

6.根据权利要求5所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，所述第二信息处理模块还用于根据所述预设任务确定训练约束，所述训练约束包括预设训练轨迹、预设训练力度区间和预设训练速度。

7.根据权利要求5所述的基于脑电的反馈交互评估系统，其特征在于，所述对所述脑功能响应数据进行特征分析与处理，生成指标性分析结果包括：

8.一种基于脑电的反馈交互评估方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任意一项所述的基于脑电的反馈交互评估系统，所述基于脑电的反馈交互评估方法包括：

9.根据权利要求8所述的基于脑电的反馈交互评估方法，其特征在于，所述根据所述评估结果形成新的训练任务包括：

10.一种基于脑电的反馈交互评估装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种基于脑电的反馈交互评估系统、方法及装置，涉及脑机双向交互技术领域，系统包括受控模块、第一获取模块、第二获取模块、第一信息处理模块和第二信息处理模块；受控模块用于接收交互动作，并根据交互动作产生行为学表现数据；第一获取模块用于接收受控模块发送的行为学表现数据；第二获取模块用于在受控模块接受交互动作时同步采集使用者的脑电信号，获得人机交互时的脑功能响应数据；第一信息处理模块用于对脑功能响应数据和行为学表现数据进行特征分析与处理，输出指标性分析结果；第二信息处理模块用于对指标性分析结果进行评估量化确定新的训练任务，保证更好地训练使用者使用人机交互设备，提升训练效率。

技术研发人员：柴国鸿,周慧琳,张佳楫,左国坤
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8