本發明專利技術提供一種基于P2和VPP反映大腦腦部信號的腦機接口方法，主要包括：通過圖片刺激器播放視覺刺激；采集視覺事件誘發的腦電信號并進行處理；對P2和VPP的聯合信號進行分析得到腦機接口控制信號；通過信號輸出裝置輸出信號。利用本發明專利技術提供的基于P2和VPP反映大腦腦部信號的腦機接口方法，拓展了腦機接口目標腦電成分的范圍，提高信號判斷的準確性，不需要基于使用者任何的外周系統的動作即可獲得有效信號，對使用者沒有損害，可用于殘疾人士的支持輔助系統。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于腦機接口領域，具體涉及一種以事件相關電位為關鍵技術反映大腦腦部信號的腦電分析方法，包括利用像素隨機化模糊圖片作為刺激材料以及事件相關電位VPP和P2成份作為關鍵信號的相關技術。
技術介紹
腦機接口(Brain Computer Interaction, BCI)是一種不依賴于外周運動神經或肌肉參與，而只依靠大腦皮層向外部輸出指令，從而建立人腦與外界交流通道的技術。其中的核心技術是通過非侵入式的獲取裝置采集腦電信號(Electroencephalography, EEG),利用計算機處理和識別信號中隱藏的模式和信息，轉換成為計算機的輸出，完成對外部設備的直接控制。事件相關電位(Event Related Potentials, ERPs)是指同刺激事件相關的、并在時間上同刺激鎖定的EEG信號平均后所觀察到的一系列電位變化。它不僅依賴于外界刺激的物理屬性，也與大腦的主觀加工和認知狀態有密切的關系。在各類事件相關電位成分中，P300是一種應用廣泛的成分。它是指在刺激呈現后的300毫秒左右腦電中出現的較大正波。目前與P300相關的專利有“基于視覺P300-Speller腦-機接口方法”(201110325897.1)”和“基于P300腦電電位的中文輸入BCI系統” (200710164418.6)。上述專利的內容全文引入本說明書中，以資參考。傳統的基于P300的BCI系統主要運用Farwell和Donchin所設計的6X6的刺激界面，每一個單位格中呈現一個字母或數字，通過隨機行閃爍或列閃爍，使受試者不斷接受視覺刺激。此時，當行或列閃爍出使用者心中所想的字母時，即出現小概率事件，ERP信號中將出現波幅較大的P300。通過特征提取和分類算法，求出靶刺激出現的行和列，就能夠計算出使用者心中所想的目標字母或數字。接著，又可以通過字母和數字的依次組合，反映出受試者想表達的內心活動。除了 P300，目前還有另一種人臉特異識別波N170也可用來作為腦機接口的信號指標。“基于人臉識別特異性波N170成分的腦機接口系統”(申請號200810147312.X，公開號CN 101339455A)的專利專利技術中，N170作為對人臉刺激敏感的特異性成分，能夠較明顯地反映出大腦信號的變化。基于N170的腦機接口系統能夠克服其它類型的腦機接口系統所普遍存在的弱點捕捉非常微弱的腦電信號的過程中，即要保證正確率和傳輸速度，又要保證實時的控制具有很大的困難。然而，該系統卻存在一個很大的缺陷，即只能用作圖片分類的操作控制，并不能反映大腦中更多豐富的主觀意圖和動機。這一缺陷與N170本身的屬性有關N170主要依賴于刺激的物理屬性所引發的自下而上的加工，而非腦部信號引發的自上而下的認知加工和指令。同樣，上述專利的內容全文引入本說明書中，以資參考。
技術實現思路
鑒于上述內容，本專利技術人經潛心鉆研事件相關電位，利用人臉加工的特異性和大腦對此加工過程自上而下的調制，來反映大腦的腦部信號，而不局限于人臉圖片的分類。其中，能夠受到自上而下調制的與人臉加工有關的腦電成分是P2和頂正電位。其中，P2是指在視覺刺激出現200毫秒(其中，“P”表示Positive，“2”表示200毫秒)后腦電中所出現的正波，頂正電位(Vertex Positive Potential, VPP)是指在視覺刺激出現后的170毫秒左右在大腦中央頂葉所出現的正波。本專利技術的目的是提供一種利用P2和VPP反映大腦腦部信號的腦機接口方法，并能夠達到可靠的判斷正確率。該方法能夠拓展腦機接口系統中所使用的事件相關電位成分的類別范圍，使得目標腦電成分不局限于P300和NI70。利用本專利技術提供的基于P2和VPP反映大腦腦部信號的腦機接口方法，具有以下優點(I)利用VPP和P2能夠受到大腦動機自上而下調節的特性，首次使用VPP和P2作為腦機接口技術的關鍵腦電成分，拓展了腦機接口目標腦電成分的范圍；(2 ) VPP和P2分別位于大腦頂葉正中和顳葉兩側，采用兩個不同腦區的腦電成分聯合信號作為判斷分類標準，提高信號判斷的準確性；(3)本專利技術不需要基于使用者任何的外周系統的動作，包括注視點的移動，只需要在大腦中進行人臉或非人臉的想象，即可獲得有效信號。而其它系統做不到這一點基于SSVEP的系統(參見基于左右視野兩個頻率刺激的穩態視覺誘發腦機接口方法，申請號200910076209,公開號CN101477405A。該文獻全文引入本說明書中，以資參考。)需要借助注視點的移動來獲得不同頻率下的視覺穩態反應，基于P300也許需要借助注視點的移動來關注不同行和列的變化；(4)顱外腦電記錄是非侵入式記錄方法，對使用者沒有損害，可用于殘疾人士的支持輔助系統。根據本專利技術的一個方面，提供一種基于P2和頂正電位反映腦部信號的腦機接口方法，包括步驟(I):播放視覺刺激信號；步驟(2):采集由所述視覺刺激信號所誘發的腦電信號；步驟(3):對采集到的所述腦電信號進行處理，獲得所述P2和頂正電位波形；步驟(4):根據所獲得的所述P2和頂正電位波形信號進行分析，得到腦機接口控制信號；步驟(5):通過所述腦機控制信號控制輸出裝置以產生輸出信號。 根據本專利技術的一個方面，在步驟(I)中，采用圖片刺激器將清晰圖片轉化為模糊圖片，從而產生所述視覺刺激信號。 根據本專利技術的一個方面，在步驟(2)中還包括將頂葉和顳枕葉位置的目標電極Cz，FCz，P5/6，P7/8，P05/6，P07/8處獲取的腦電信號經過放大器放大、進行數模轉換，以數字形式存儲于計算機中。 根據本專利技術的一個方面，在步驟(3)中對腦電信號進行處理，還包括預處理去眼電、基線矯正、線性矯正和濾波等處理的至少一種。 根據本專利技術的一個方面，在步驟(4)中具體包括 提取P2和頂正電位的波幅與潛伏期，檢測人臉誘發和非人臉客體誘發的ERP成分的顯著差異； 對P2和頂正電位的聯合信號進行特定頻率段和特定時間窗內的分類檢測； 根據P2和頂正電位的分類檢測結果進行判斷，得到腦機接口控制信號； 根據本專利技術的一個方面，步驟(5)中還包括將所述輸出信號進行可視化。附圖說明圖1為本專利技術的系統構成示意圖；；圖2為本專利技術使用的模糊圖片刺激示例圖；圖3為根據本專利技術提出方法實現導聯選擇示意圖；圖4為想象人臉和非人臉條件下VPP和P2的波形差異結果圖；圖5為P2和VPP信號分類檢測示意圖。具體實施例方式以下參照本專利技術的附圖，通過具體的實施例對本專利技術的技術方案作進ー步描述。應理解的是本專利技術提供的檢測方法能夠在不同的實例上具有各種變化，基于本專利技術思想的各種變化的實例皆不脫離本專利技術的范圍；且本專利技術中的附圖在本質上作為說明之用，例如繪圖元件并不一定是按比例繪制也不限定特定的設備，描述特定順序或行為也不要求相于次序這樣的特定性。即本專利技術中的附圖只為解釋說明本專利技術的方法及系統，而非用以限制本專利技術。根據本專利技術的一個實施例，提供一種基于P2和VPP反映大腦腦部信號的腦機接ロ方法，包括 通過圖片刺激器播放視覺刺激； 采集視覺事件誘發的腦電信號并進行處理，將腦電信號采集系統的電極安置于目標位置，即Cz，FCz，P5/6，P7/8，P05/6，P07/8。參考電極置于鼻尖，接地電極接地。采集視覺事件誘發的腦電信本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于P2和頂正電位反映腦部信號的腦機接口方法，包括：步驟（1）：播放視覺刺激信號；步驟（2）：采集由所述視覺刺激信號所誘發的腦電信號；步驟（3）：對采集到的所述腦電信號進行處理，獲得所述P2和頂正電位波形；步驟（4）：根據所獲得的所述P2和頂正電位波形信號進行分析，得到腦機接口控制信號；步驟（5）：通過所述腦機控制信號控制輸出裝置以產生輸出信號。
【技術特征摘要】
1.一種基于P2和頂正電位反映腦部信號的腦機接口方法，包括步驟(I):播放視覺刺激信號；步驟(2):采集由所述視覺刺激信號所誘發的腦電信號；步驟(3):對采集到的所述腦電信號進行處理，獲得所述P2和頂正電位波形；步驟(4):根據所獲得的所述P2和頂正電位波形信號進行分析，得到腦機接口控制信號;步驟(5):通過所述腦機控制信號控制輸出裝置以產生輸出信號。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，采用圖片刺激器將清晰圖片轉化為模糊圖片，從而產生所述視覺刺激信號。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中還包括將頂葉和顳枕葉位置的目標電極Cz，FCz, P5/6，P7/8...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李量，陸靈犀，田永鴻，黃鐵軍，吳璽宏，高文，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。