[发明专利]基于SSVEP与OSP的混合脑‑机接口方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)技术领域，具体涉及基于SSVEP与OSP的混合脑-机接口方法。

背景技术

脑-机接口(Brain Computer Interface，BCI)是直接把大脑的活动信号转化为指令或控制信号的通讯系统。利用脑-机接口技术，可以绕过神经肌肉通路，直接把大脑活动信号转化为指令或控制信号来控制外部设备，这为因残疾而丧失与外界沟通能力的人提供了与外界进行交流的可能性。因此，对脑-机接口的研究是近年来康复医学研究的一个热点。另一方面，脑-机接口技术在虚拟现实、游戏娱乐和航天军事等领域也展现了重要的潜在应用价值。

视觉诱发电位是接受视觉刺激后在视觉皮质上产生的大脑活动节律。当刺激改变的频率在6Hz以上时，大脑视觉系统产生的对外部持续周期性视觉刺激的响应，即为稳态视觉诱发电位(Steady State Visually Evoked Potential，SSVEP)。基于SSVEP的系统主要优点是无需训练，这类系统比较适合于多指令选择的离散控制型应用，如打字系统、操作界面等。由于其能够提供更多的指令、抗干扰能力强、所需训练时间短、记录电极少等特点，在实用性BCI系统中展现出了广泛的应用价值及应用前景。在目前的SSVEP-BCI系统应用中，由于大脑的低通滤波效应，SSVEP主要利用30Hz以下的低频区域。并且， 受限于显示屏的刷新频率以及响应幅值等问题，可用于SSVEP识别的目标频率较少。因此，增加可呈现的目标数目、提高信息传输率对于将SSVEP-BCI推广到实际应用中有着重要的意义。

重复性感官刺激的停止可以引起头皮电位的一系列模式特征，这种缺省刺激电位(omitted stimulus potential，OSP)，在视觉、听觉以及感觉领域中都能够被找到。OSP特征根据刺激频率的分别可以分为“快”、“慢”OSP两种。“慢”OSP特征自1960年以来，就在视觉和听觉等领域得到了许多研究。“慢”OSP特征通常出现在较低频率(0.3-4Hz)重复性刺激出现之后，有较长的潜伏期(一般>0.5s，但通常被称为P300)。而“快”OSP特征出现在较高频率的闪烁刺激停止后，这两种OSP特征都是在刺激缺失后有一个固定的波峰潜伏期，与慢“OSP”的诱发不同，“快”OSP只需要受试者对刺激进行盯视，不需要提供注意力。

发明内容

为了克服上述现有技术的SSVEP-BCI系统提供目标数较少的缺点，本发明的目的在于提供基于SSVEP与OSP的混合脑-机接口方法，实现了SSVEP特征与OSP特征的同时诱发及识别，具有目标数多、电极数目少、操作简单等优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于SSVEP与OSP电位的混合脑-机接口方法，包括以下步骤：

步骤1，受试者穿戴好电极帽，坐在计算机正前方，受试者头部距离计算机屏幕为60-80厘米，所有电极按照“国际10/20标准导联系统”放置，记录电极位于大脑枕部区域，包括O1、Oz、O2、POz、 PO4、PO8，参考电极位于左耳耳垂，地电极为Fpz，给记录电极及参考电极、地电极注入导电膏，并确保其与头皮接触良好；

步骤2，将SSVEP-OSP混合范式通过计算机屏幕在受试者面前播放，受试者选择一个刺激目标进行盯视，通过电极帽采集受试者盯视刺激目标时产生的头皮脑电信号，SSVEP-OSP混合范式在重复周期刺激中引入了刺激缺失，实现SSVEP和OSP特征的同时诱发，其中圆盘1、3以12hz的频率闪烁，圆盘2、4以10hz的频率闪烁，圆盘1、2、3、4分别在467ms、450ms、633、650ms时出现首次闪烁刺激缺失，闪烁刺激缺失有圆盘停顿在屏幕上一个闪烁周期以及消失在屏幕上一个闪烁周期两种缺失形式，任意选择一种作为闪烁刺激缺失方式，在一次刺激周期中，共出现四次闪烁刺激缺失，每次闪烁刺激缺失距上一次的缺失间隔为四次闪烁周期，即10hz下缺失间隔为333ms，12hz下缺失间隔为400ms，一次刺激周期长度为2.5s，经过脑电采集仪放大、滤波及模数转换后，将数字化的脑电信号输入计算机，其中，脑电信号的采集采用16导gUSBamp放大器作为采集硬件，放大器的采样频率为1200hz，硬件滤波包括了0.05-100hz的带通滤波及48-52hz的带阻滤波；

步骤3，对脑电信号处理，包括脑电信号的预处理及对SSVEP特征及OSP特征的提取识别；

步骤4，计算机通过屏幕输出识别结果，实现对受试者的视觉反馈；