[发明专利]基于脑电中人脸识别特异性波的开关控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于脑电中人脸识别特异性波的开关控制方法，具体是指一种利用人在进行人脸识别任务时，记录下的头皮脑电中的人脸识别特异性成分对外部设备的开关进行控制。属于认知神经科学领域和信息技术领域的结合应用。

背景技术

随着脑科学和信息科学的飞速发展，特别是过去十年中这两个科学领域的交叉和结合，催生了一项新的科学技术——脑机接口技术。脑机接口是不依赖脑的正常输出通道，即外周神经和肌肉的信息传输通道，而通过采集和分析人脑生物电信号，在人脑与计算机或其它电子设备之间建立起直接的交流和控制的通道。通过这种通道，人就不需要通过语言或肢体的动作而可以直接通过人脑来表达想法或操纵设备。

已有实现脑机接口实现人脑与外部设备的控制的主要方法有：利用眼部运动控制的节律波、基于事件相关脑电成分、基于自主控制脑电成分和基于视觉诱发脑电成分的方法等。但客观地评价，现有的各种脑机接口系统都存在明显的缺陷。如基于P300诱发电位(基于P300脑电电位的中文输入BCI系统，发明专利，申请号：200710164418.6，公开号：CN 101201696A)和基于稳态视觉诱发电位(基于脑电稳态诱发响应的控制方法及系统和感官测试方法及系统，发明专利，申请号：00815134.2，公开号：CN 1420745A)的方法各有不足。

1)基于P300诱发电位的方法

P300是事件相关电位的一种，在小概率事件刺激发生后，人脑头皮脑电波中在刺激后300毫秒左右会出现一个较大的正峰值，即P300，这里P为英文正极(Positive)的首字母，300是指小概率事情出现后300毫秒。这种方法实现人脑与外部设备交流或控制的关键将用户的目标转化为小概率事件，并记录不同概率事件刺激所诱发的脑电信号，识别出小概率事情所对应的P300成分，就可以实现某种控制。据此，人们利用P300设计了一种虚拟打字机。图1就是这套系统的工作示意图，其实现方式是一个屏幕上按行或列随机闪烁一个6×6的字符矩阵，当使用者想要输入的字符所在的行或列发生闪烁时，就是小概率事情，就称为相关事件或靶刺激。其它行列闪烁则不会诱发脑电中的P300成分。通过特征提取和判别算法求出引起P300波幅最大的行和列，该行和列交点上的字符即为使用者想要输入的字符。(参见L.A.Farwelland E.Donchin，Talking off the top of your head：Toward a mental prosthesis utilizingevent-related brain potentials.Electroenceph Clin Neurophysiol.1988，70：510-523.)

上述的系统利用的是脑电的瞬态诱发响应，通过检测P300作为判别的依据，由于P300在事件发生后300ms，因此要求两次刺激的时间间隔较长，以保证P300能够产生并得到。但这样使得系统无法很好实现实时控制，且由于作为刺激的字符矩阵的行列间隔有限，靶刺激周边的非靶刺激很容易干扰被试的注意，从而引起误判，即影响该系统的判别准确率。这类系统的应用范围受到很大的限制。

2)基于稳态视觉诱发电位的方法

稳态视觉诱发电位是一种脑电稳态诱发响应，当呈现的视觉刺激频率大于某一值时，观察者的脑电响应就会出现一种特殊的频率成分，其脑电诱发电位呈现出周期性变化的特征，周期性变化的频率与视觉刺激频率一致。清华大学高上凯教授利用稳态视觉诱发电位设计了一种脑机接口系统装置，图2就是这套装置的工作框图。这套系统的主要实现方式是使用者为了实现某种任务，接受系统刺激器中代表多个任务的不同频率的视觉刺激，通过特征提取和判别算法求出诱发脑电的频率，与该诱发脑电频率相同的刺激代表的任务即为使用者想要执行的任务。(参见M Cheng，X Gao，S Gao，D Xu.Design and implementation of abrain-computer interface with high transfer rates.Biomedical Engineering.2002，10：1181-1186.)

上述的系统利用的是脑电稳态诱发响应，通过检测诱发脑电的频率作为判别的依据。由于稳态视觉诱发电位需要的得到处于某一频率下的刺激，且要求使用者进行一定的训练，因此，该系统的实用性收到一定的影响，此外，由于稳态视觉诱发电位的诱发需要一定的时间，这样使用时很容易收到环境亮度的影响，长时间使用会造成视觉疲劳，影响系统的判别准确率。