一种多种特征信号的联合脑-机接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明具体地涉及一种多种特征信号的联合脑-机接口。
【背景技术】
[0002]脑-机接口(brain-computer interface, BCI)是一种不依赖外围神经及肌肉的信息传输通道，为人类提供了一种与外部环境通讯的新方式。通过BCI，人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备，而不需要语言或动作，尤其是外周神经和肌肉损伤的患者提供了一种与外界交流的方式。
[0003]目前脑电图(EEG)由于其低成本，高时间分辨率等优点，被广泛用于BCI的研究中，基于EEG的BCI是以脑电信号为信号载体，通过检测大脑在特定模式下产生的特征脑电响应信号，通过一定的算法对信号的进行处理分类，进而转换成某种控制指令来实现与外部辅助设备的通讯与交流。
[0004]传统基于EEG的BCI主要利用某一种脑电信号，例如:P300电位。P300是事件相关电位(Event-related potentials, ERP)的一种，出现在新奇事件刺激后250-550毫秒内，是一种内源性且有认知特征的诱发电位，最早Sutton等人在oddball实验范式下记录到此电位。Donchin等人设计了经典的P300字符拼写脑-机接口范式，在范式中字符矩阵某一行或某一列随机的闪烁作为视觉刺激，通过对受试者关注的行和列视觉刺激所诱发出来的P300信号判别，就可以识别出行和列交叉的字符。
[0005]目前基于多种脑电或其他生理信号的联合脑-机接口(hybrid brain-computerinterface, hybrid BCI)成为一个发展方向。联合BCI是指在一种感觉模式的BCI的基础上，加入新的控制方式进行混合控制的BCI。这里所说的新的控制方式，可以是另一种感觉模式的BCI，也可以是由诸如眼动、心率、血流变化等生理信号产生的控制方式。联合BCI能够避免传统单一 BCI系统信息传输率低和抗干扰性差等缺点，从而提高BCI系统的准确率及可用性。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种多种特征信号的联合脑-机接口 ；本发明联合脑-机接口提高了 BCI的速度，在工作中，系统可以扩展到更大矩阵(如6 X 6)，构建更为实用的联合BCI系统。
[0007]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0008]本发明一种多种特征信号的联合脑-机接口，采用SSVEP和P300的联合结构，包括视觉刺激模块、脑电信号采集模块、数据处理模块；其特征在于:所述视觉刺激模块发出视觉诱发传达到人的眼睛，使人脑产生脑电信号；所述脑电信号传输到脑电信号采集模块，经过脑电信号采集模块的处理输出数字信号；所述数字信号再传输到数据处理模块；所述数据处理模块包括SSVEP特征分析模块和P300特征分析模块。
[0009]作为本发明的一种优选方案，所述视觉刺激模块采用3X3字符矩阵，在LCD显示器(DELLe2210，1680X1050，刷新频率为60Hz)上显示，字符块大小为120X120px2 (像素)，矩阵字符行距为150px，列距为200px，利用MATLAB Psychtoolbox工具箱实现。
[0010]作为本发明的另一种优选方案，所述脑电信号采集模块包括放大模块、滤波模块、A/D转换模块。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]1、与基于单一脑电信号的传统BCI不同，本发明提拱了一种基于SSVEP和P300的联合脑-机接口 BCI。当人眼注视字符时，所在行的蓝色框有效诱发了 P300，字符列固定频率闪烁有效诱发了 SSVEP，因此受试者两种脑电信号由空间相交的视觉刺激诱发出来，信号中包含目标字符行-列刺激的信息，通过对脑电信号的分析，可以达到识别目标字符的目的。与传统P300脑-机接口相比，本系统中，列固定频率闪烁和行蓝色框相结合的刺激编码方式有效节约了刺激诱发时间，从根本上提高了脑-机接口的速度。
[0013]2、本发明为改进字符拼写范式脑-机接口提供了一种新思路，将继续完善基于SSVEP和P300联合的多目标刺激系统模型的设计，优化刺激参数；通过信号处理增强信号特征，和通过设计3 X 3字符刺激矩阵，矩阵中纵列按各自设定频率闪烁诱发SSVEP，横行随机出现蓝色框诱发P300。当受试者注视并关注目标字符，SSVEP和P300能够被同时诱发，且对脑电信号中P300和SSVEP特征进行识别能够检测出受试者选取的字符。与传统基于P300的字符BCI相比，刺激诱发时间减少了一半，从根本上提高了 BCI的速度。在以后工作中，系统可以扩展到更大矩阵(如6X6)，构建更为实用的联合BCI系统。
【附图说明】
[0014]图1是本发明一种多种特征信号的联合脑-机接口的系统结构框图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明一种多种特征信号的联合脑-机接口的系统结构框图。图中，采用SSVEP和P300的联合结构，包括视觉刺激模块、脑电信号采集模块、数据处理模块；其特征在于:所述视觉刺激模块发出视觉诱发传达到人的眼睛，使人脑产生脑电信号；所述脑电信号传输到脑电信号采集模块，经过脑电信号采集模块的处理输出数字信号；所述数字信号再传输到数据处理模块；所述数据处理模块包括SSVEP特征分析模块和P300特征分析模块。
[0016]本发明所述P300是一种事件相关电位，是对一系列事件刺激中的相对稀少事件刺激的反应，主要发生在受到特定刺激后250-550ms之间，呈正向峰值(正电位成分)，主要作用脑区域在顶-中心区。本发明所述SSVEP是大脑视觉皮层对处于视觉区域的闪烁刺激的一种生物反馈，当人眼注视固定频率闪烁刺激O 6Hz)目标时，会在人脑电信号中产生与目标频率相同或多倍的频率的脑电反应，主要作用脑区域在顶-枕区；此外，从系统诱发电位频率考虑，P300信号主要为低频成分(一般低于12Hz)，则SSVEP刺激频率可以选择高于13Hz，以减少对P300的影响；相对高频刺激O 13Hz)的选取也可以有效减少自发脑电alpha节律(8-13Hz)对SSVEP识别的干扰；最后，基于P300和SSVEP的BCI系统都不需要对使用者进行前期训练，SSVEP和P30065联合不会增加受试者的任务负担；综上所述，本发明采用SSVEP和P300联合使用。
[0017]所述视觉刺激模块采用3X3字符矩阵，在LCD显示器(DELLe2210，1680 X 1050，刷新频率为60Hz)上显示，字符块大小为120X120px2 (像素)，矩阵字符行距为150px，列距为200px，利用MATLAB Psychtoolbox工具箱实现。所述脑电信号采集模块包括放大模块、滤波模块、A/D转换模块；其中，放大模块连接滤波模块，所述滤波模块连接A/D转换模块，脑电信号为模拟信号首先经过放大模块进行放大，然后再经过滤波模块进行滤波处理，最后再经过A/D转换模块把模拟信号转换为数字信号输出。
【主权项】
1.一种多种特征信号的联合脑-机接口，采用SSVEP和P300的联合结构，包括视觉刺激模块、脑电信号采集模块、数据处理模块；其特征在于:所述视觉刺激模块发出视觉诱发传达到人的眼睛，使人脑产生脑电信号；所述脑电信号传输到脑电信号采集模块，经过脑电信号采集模块的处理输出数字信号；所述数字信号再传输到数据处理模块；所述数据处理模块包括SSVEP特征分析模块和P300特征分析模块。2.根据权利要求1所述的一种多种特征信号的联合脑-机接口，其特征在于:所述视觉刺激模块采用3X3字符矩阵，在LCD显示器(DELLe2210，1680X 1050，刷新频率为60Hz)上显示，字符块大小为120X120px2 (像素)，矩阵字符行距为150px，列距为200px，利用MATLAB Psychtoolbox 工具箱实现。3.根据权利要求1所述的一种多种特征信号的联合脑-机接口，其特征在于:所述脑电信号采集模块包括放大模块、滤波模块、A/D转换模块。
【专利摘要】一种多种特征信号的联合脑-机接口。本发明联合脑-机接口提高了BCI的速度，在工作中，系统可以扩展到更大矩阵（如6×6），构建更为实用的联合BCI系统。本发明采用SSVEP和P300的联合结构，包括视觉刺激模块、脑电信号采集模块、数据处理模块；其特征在于：所述视觉刺激模块发出视觉诱发传达到人的眼睛，使人脑产生脑电信号；所述脑电信号传输到脑电信号采集模块，经过脑电信号采集模块的处理输出数字信号；所述数字信号再传输到数据处理模块；所述数据处理模块包括SSVEP特征分析模块和P300特征分析模块。
【IPC分类】G06F3/01
【公开号】CN105607731
【申请号】CN201410622445
【发明人】田佳聪
【申请人】田佳聪
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年11月7日