[发明专利]一种基于非对称脑电特征的脑-机接口混合编码范式方法

说明书

本发明涉及一种基于非对称脑电特征的脑‑机接口混合编码范式方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，在脑‑机接口系统中构建诱发刺激模块；步骤二，所述诱发刺激模块根据需求向测试者发出混合编码信号形成脑电信号；步骤三，采集模块通过对脑电信号放大、滤波处理后形成数据信息；步骤四，所述解码模块将数据信息转换成指令集输出；该方法根据大脑电生理活动对刺激响应的不对称特性，结合空分多址、码分多址、频分多址和相分多址等编码策略，有效扩展系统指令集个数。

技术领域

本发明涉及脑-机接口系统技术领域，具体涉及一种基于非对称脑电特征的脑-机接口混合编码范式。

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一个将中枢神经系统活动直接转化为人工输出的系统，它能够替代、修复、增强、补充或者改善中枢神经系统的正常输出，从而改善中枢神经系统与内外环境之间的交互作用。通过采集和分析不同刺激下受试者的脑电信号，再使用一定的工程技术手段建立起人脑与计算机或其它电子设备之间的交流和控制通道。BCI技术实现了一种全新的信息交互与控制方式，可以为残疾人尤其是那些基本肢体运动功能受损但思维正常的患者提供一种与外界进行信息交流和控制的途径，使他们无需进行语言或肢体动作即可同外界交流或操纵外界设备。为此，BCI技术也越来越受到重视。

在脑-机接口系统的研究中，利用视觉刺激诱发的范式应用较为普遍，其中基于事件相关电位(Event-Related Potential,ERP)中P300特征的P300-speller和基于稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potential,SSVEP)的SSVEP-BCI应用最为广泛，其相关技术已经发展得较为稳定和成熟。由于脑电信号具有非线性及非平稳性的特征，从繁杂的背景脑电中提取微弱的脑电信号特征是BCI系统的重要技术之一，为了克服脑电背景噪声，传统BCI范式通常采用强刺激诱发，调用大量相关神经元激活以诱发幅值更大、特征更明显的脑电特征，如传统SSVEP-BCI的刺激面积占据用户视角范围至4°以外，依视网膜-皮层图计算，该范式下单个刺激激活初级视觉皮层区域面积达1300mm²，传统P300-speller的靶刺激激活面积达160mm²，且二者的性能会因皮层激活面积的减少而大大降低，故传统基于视觉刺激诱发的BCI系统存在刺激面积大、强度高、占用认知资源多的问题，不利于用户进行长时间多任务的操作，限制了BCI技术的进一步发展和应用。

非对称视觉诱发电位(asymmetric Visual Evoked Potential,aVEP)作为非对称脑电特征的典型代表，属于极微弱偏侧化视觉诱发电位，幅值通常低于1μV。根据大脑视觉刺激响应的空间对侧优势特性，aVEP可由出现在周围视野的单侧刺激诱发产生，在本专利书中第五部分技术方案中，将以诱发aVEP特征为例，具体解释基于非对称脑电特征的脑-机接口范式设计的具体流程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种基于非对称脑电特征的脑-机接口混合编码范式方法，该方法根据大脑电生理活动对刺激响应的不对称特性，结合空分多址、码分多址、频分多址和相分多址等编码策略，有效扩展系统指令集个数，为脑-机接口系统的发展提供了新方向。

本发明的技术方案:

一种基于非对称脑电特征的脑-机接口混合编码范式方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在脑-机接口系统中构建诱发刺激模块；

步骤二，所述诱发刺激模块根据需求向测试者发出混合编码信号形成脑电信号；

步骤三，采集模块通过对脑电信号放大、滤波处理后形成数据信息；

步骤四，所述解码模块将数据信息转换成指令集输出。

步骤二，在空分多址编码基础编辑码分多址编码。