[发明专利]一种附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法

权利要求书

1.一种附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

获取被试在多组附加汉字默读与运动想象任务中的脑电信号，每组任务包含多次任务，单次任务以多个汉字为刺激，包括空闲阶段、准备阶段、提示阶段和默读想象阶段；空闲阶段计算机屏幕上显示黑底白字的“*”，持续时长2000ms，允许被试调整坐姿和情绪至自然放松状态；空闲阶段结束后进入准备阶段，计算机屏幕上显示黑底白字的“+”，持续时长1000ms，要求被试集中注意力；准备阶段结束后进入提示阶段，计算机屏幕上随机显示汉字，持续时长1000ms，提醒被试下一阶段需要进行的默读想象任务与该汉字相关；提示阶段结束后进入默读想象阶段，计算机屏幕上保持时长4000ms的黑屏，要求被试在心中一直默读该汉字同时想象与该汉字相关的运动想象动作，直到默读想象阶段结束；

对脑电信号进行预处理，获取被试的脑电信号能量；利用事件相关谱扰动算法分别对每个汉字对应的默读想象阶段F5、F6、P5、P6这四个电极采集的脑电信号进行时频分析，得到每个电极对应的脑电信号能量，将脑电信号能量的绝对值大于4dB的脑电信号能量所在的频率范围作为每个电极对应的脑电信号能量有显著变化的频率范围；将四个电极对于同一个汉字的脑电信号能量有显著变化的频率范围取并集得到该汉字对应的脑电信号能量有显著变化的频率范围；最后将所有汉字对应的脑电信号能量有显著变化的频率范围取并集，得到最优滤波频率范围；其中，P5电极位于大脑的威尔尼克区，F5电极位于大脑的布洛卡区，F6电极和P6电极位于大脑右半球的感觉运动皮层；

对脑电信号进行重新预处理，重新预处理过程中根据最优滤波频率范围对脑电信号进行滤波处理；

将预处理后的脑电信号作为脑电数据样本，通过卷积神经网络对脑电数据样本进行特征提取和分类，将分类结果用于驱动与大脑交互的外部设备。

2.根据权利要求1所述的附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，其特征在于，对脑电信号进行预处理的具体过程为：

对脑电信号进行头皮定位，去除眼电信号；对去除眼电信号的脑电信号进行4～45Hz频率范围的滤波处理；将滤波处理后的脑电信号改变参考电极，对改变参考电极后的脑电信号进行独立成分分析，去除脑电信号中的伪迹；对去除伪迹后脑电信号进行基线校正，并对基线校正后的脑电信号进行数据分段，提取出附加汉字默读与运动想象任务中每个汉字对应的默读想象阶段的脑电信号。

3.根据权利要求1所述的附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，其特征在于，每组任务包含“跳”、“吃”、“握”和“空”这四个汉字；汉字“跳”，默读“tiao”，运动想象动作为“双脚跳跃”；汉字“吃”，默读“chi”，运动想象动作为“吞咽”；汉字“握”，默读“wo”，运动想象动作为“紧握”；汉字“空”，默读“kong”，运动想象动作为被试保持平静状态。

4.根据权利要求1所述的附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，其特征在于，对脑电信号进行重新预处理包括去除眼电、改变参考电极、滤波、去伪迹、数据分段和基线校正。

5.根据权利要求1-4任一所述的附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，其特征在于，卷积神经网络的第一层为输入层，输入层通过一个含有32个卷积核为3×3的卷积层；接着顺次通过含有64个卷积核为5×5的卷积层和池化核为2×2，步长为2的池化层，最后通过全连接层和dropout层由softmax函数分类后再由输出层输出。

6.根据权利要求5所述的附加汉字默读与运动想象任务的脑-机接口方法，脑电数据样本为63通道×400个时间采样点的二维矩阵。