[发明专利]一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法

说明书

一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法，先安放电极和安装眼动仪，然后进行眼动仪校准，再搭建双层结构：上层结构异步眼动开关界面和下层结构视觉诱发脑机接口，使用者注视运动刺激单元中的任意一个；然后对采集到的脑电波进行目标识别，在下层结构中，计算机同步记录刺激开始与结束的时间；再判断是否结束本次任务；进行多次识别任务后，关闭程序，结束任务；本发明通过将快速灵敏的眼球位置定位与视觉诱发脑机接口相结合，利用异步眼动开关来增加使用者的使用舒适度，并在一定程度上降低疲劳和认知负荷。

技术领域

本发明涉及生物医学工程中神经工程及脑机接口技术领域，具体涉及一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法。

背景技术

脑机接口是一种新型的人机交互方式，由于不依赖人体肌肉组织和外周神经通路，而使大脑与外界环境之间直接进行信息交流与有效交互，因而在医疗康复和工业控制中得到了广泛应用。其中，稳态视觉诱发脑机接口是一种通过注视特定频率的视觉刺激来诱发大脑响应的方法，具有抗干扰能力强、信息传输率高以及普通使用者无需训练即可诱发的优点，因而是常用脑机接口中最具实用价值的信号类型。稳态视觉诱发脑机接口通常基于系统约定的起止时间来指示使用者通过注视相应刺激频率以实现目标控制，注视时长及任务起止是由系统决定的，称之为同步方式。相比于同步方式，异步脑机接口更加灵活，使用者可在视觉诱发任务进行的过程中根据自身控制意愿自主决定任务的起止时刻，因而代表了一种更为自然的交互方式。异步脑机接口通常采用“脑机开关”方式实现，如利用多种模态的大脑响应作为异步“脑机开关”，其缺点在于开关信号与任务信号类型相同，易造成异步脑机接口的误触发，降低任务正确率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提出一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法，利用眼动追踪信号和脑电信号这两种异构信息构建双层结构，其中“上层结构”为利用眼动追踪信号设计的异步眼动开关，“下层结构”为稳态视觉诱发脑机接口，通过将快速灵敏的眼球位置定位与视觉诱发脑机接口相结合，利用异步眼动开关来增加使用者的使用舒适度，并在一定程度上降低疲劳和认知负荷。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种结合异步眼动开关的视觉诱发脑机接口方法，包括以下步骤：

步骤1，进行硬件连接：

1.1)在使用者头部视觉枕区PO3、POz、PO4、O1、Oz、O2位置分别安放测量电极，在其单侧耳垂位置安放参考电极R，在其前额Fpz位置安放地电极；

1.2)安装眼动仪：眼动仪居中放置在计算机屏幕的正下方，保证眼动仪的上边缘与计算机屏幕下边缘相齐，保持计算机屏幕与水平面夹角范围为90°～120°，通过USB连接眼动仪和计算机；

步骤2，进入眼动仪校准程序：

通过眼动仪的校准程序，调整使用者与计算机屏幕的距离m，距离m范围为40～90cm，采用五点法完成眼动仪的校准；

步骤3，搭建双层结构：

3.1)上层结构：异步眼动开关界面，在计算机屏幕上显示开关界面：由放置在屏幕左上角的直径为D像素大小的圆以及其中心直径为d像素大小的小圆点组成；屏幕的右下部呈现指示性文字，将当前实时注视位置以左右眼横纵坐标分别取平均值的形式实时同步的显示在计算机屏幕上，实现眼动开关的打开与关闭功能；当被试的注视位置落在直径为D像素的圆内时，则眼动开关打开；

3.2)下层结构：视觉诱发脑机接口，眼动开关打开后，计算机屏幕上显示2个以上棋盘格运动刺激单元T1、T2、…、Tn，运动刺激单元由相同大小的白色和灰色的小方块交替排列组成，按正弦调制方式进行收缩和扩张，形成双向视觉刺激，分别位于计算机屏幕的不同位置，以不同的刺激频率进行振荡，振荡频率均高于6Hz；