[发明专利]基于调制的生物运动视觉感知的脑-机接口方法

说明书

基于调制的生物运动视觉感知的脑‑机接口方法，先进行基于调制的生物运动范式设计及实现，再搭建脑‑机接口平台，最后进行脑电信号的处理与目标辨识，本发明基于信号调制进行视觉刺激，通过频率的调制实现有限频率内增加刺激目标个数，有效解决传统基于稳态视觉诱发电位脑‑机接口刺激频率有限的问题，通过高频闪烁与低频运动调制实现低频生物运动的有效刺激，将无法辨识的低频生物运动信息通过调制作用调制到高频信号的边频带上，通过对高频闪烁频率、高频闪烁频率与低频运动频率的和频与差频特征识别，实现对低频生物运动的有效辨识，可以有效扩展脑‑机接口的可用频率范围，为同频刺激的脑控下肢康复训练系统搭建奠定基础。

技术领域

本发明涉及生物医学工程脑-机接口技术领域，具体涉及基于调制的生物运动视觉感知的脑-机接口方法。

背景技术

脑-机接口(Brain Computer Interface,BCI)作为一种不依赖人的神经肌肉通道，能够实现大脑和外部设备直接信息交流的技术，近十几年得到了突飞猛进的发展。稳态视觉诱发电位作为一种重要的脑-机接口载体，与运动想象、P300、运动相关准备电位等相比，具有信息传输率高、无需训练和抗干扰能力强等优点，因此具有很大的实用意义。稳态视觉诱发一般由LED灯或者显示器呈现，通过特定频率的闪烁或者图形的反转来实现电位的诱发。然而，传统的稳态视觉诱发采用一个频率表示一个目标任务的刺激范式模式，同时受到大脑响应频率的限制，使得仅可以使用有限的频率呈现任务目标，不适合应用于多目标脑-机交互场合。

基于镜像神经元理论，人们可以把观察到的动作“直接映射”到自己的运动系统中，获得与自身运动想象和运动执行等同的大脑区域激活效果。因此，在康复训练中通过生物运动的视觉刺激可以有效的实现对大脑运动区的激活效果，促进神经重组与再生。然而诱发稳态视觉诱发电位的有效频带一般为3-50Hz，一般的生物运动如人行走的步速、握拳的速度、挥手的速度等都小于3Hz，使得生物运动范式无法直接应用于脑机接口中。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于调制的生物运动视觉感知的脑-机接口方法，实现在有限的刺激频率内生成更多刺激目标数目，同时实现低频运动的生物运动的有效刺激和脑电辨识，为同频刺激的脑控下肢康复训练系统搭建奠定基础。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

基于调制的生物运动视觉感知的脑-机接口方法，包括以下步骤：

步骤1，基于调制的生物运动范式设计及实现：基于调制的生物运动范式由多个LED灯组成，将LED灯摆放在生物光节点的位置进而设计出不同的生物形状，并将LED灯分为不同组别，改变LED灯的光强和相位产生生物运动视觉效果；

基于调制的生物运动范式实现步骤为：

将LED灯与单片机的输出连接，单片机的输入与计算机的输出连接，单片机具有定时器功能，实现对LED灯的亮度和相位变化进行控制；

所述的单片机由定时器输出PWM波，PWM波的占空比按照式(1)进行变化，同时使用定时器中断进行循环，则实现多频组合调制刺激，刺激频率为f₁，f₂，...，f_n的排列组合，即由n个频率最多产生个刺激目标，刺激目标在大脑视觉区诱发出相应的刺激频率，

其中：

另外，通过改变式(1)中正弦函数的相位，使不同组LED灯具有固定的相位差，产生基于高频光强闪烁和低频运动调制的生物运动的视觉成刺激，在大脑视觉区诱发出高频闪烁频率、高频闪烁频率与低频运动频率的和频与差频，并能够作为以生物运动频率脑控同步驱动机器人被动运动的刺激范式；