[发明专利]基于行为测试的运动想象神经响应能力检测装置

说明书

本发明公开了一种基于行为测试的运动想象神经响应能力检测装置，装置包括：测试模块，用于检测运动想象神经响应能力，将运动行为测试和认知行为测试相结合；多元线性回归分析模块，计算面向alpha和beta典型频带的运动想象神经响应特征强度——相对ERD能量的预测值，进而实现快速检测的实施目标。为验证发明效果，实施了运动想象脑电对照实验，计算得到手/足运动想象的相对ERD能量实际值，通过预测值与实际值的高度拟合，说明本发明的实施效果；本发明从大规模潜在用户中快速筛选MI‑BCI的合格使用者，避免传统脑电筛查的高经济、人力、时间成本的缺陷，为MI‑BCI的推广应用提供技术保障。

技术领域

本发明涉及运动想象神经响应领域，尤其涉及一种基于行为测试的运动想象神经响应能力检测装置。

背景技术

脑-机接口(Brain Computer Interface，BCI)构建了大脑与外部设备的直接交流通道^[1]。相比于其他人体输出通路，例如手势、语音^[2]等，它是一种更加高效的人机交互方式。BCI通过检测和解析神经活动信息，实现对大脑意图的表达或生理状态的监测。根据传感方式的不同，可将其分为基于fMRI^[3]、NIRS^[4]、EEG^[5]等多种类型的BCI，其优势以及适用场景各有不同。其中，基于脑电的EEG-BCI因具有时间分辨率高和设备便携等优点，有望用于日常作业中对外部设备的主动控制^[6]。

EEG-BCI的技术原理是以蕴含神经响应信息的脑电数据为特征，采用机器学习等算法实现模式识别并输出控制指令。常用的脑电特征如感觉运动节律(运动想象)、诱发电位(SSVEP、P300)、慢皮层节律等^[7]。然而，“BCI文盲”问题严重限制了EEG-BCI的大范围推广，它是指部分用户在使用脑-机接口过程中，无法诱发出相应的神经响应，导致BCI系统难以正确识别指令^[8]。目前，大量研究正在积极尝试提升BCI的适用性，然而尚未出现一种BCI可以适用于所有个体。研究证明^[9]约有10-30％的BCI用户存在文盲现象，且与BCI的类型密切相关。也就是说，一个用户可能是某一类BCI的文盲，但可以正常使用其他类型的BCI。这种特异性为筛选某一类型BCI的使用者带来了较大困难。

运动想象脑-机接口(Motor imagery brain computer interface,MI-BCI)作为一种无需外部刺激的主动式BCI，在航天、军事、医疗等各个领域都具有极强的应用潜力。系统的控制信号源是使用者在想象肢体运动过程中，大脑运动皮层在alpha和beta频带的能量衰减/升高特征，即事件相关去同步/同步(Event-related desynchronization，ERD/ERS)现象。毫无疑问，文盲现象同样存在于MI-BCI中。研究表明，仅是2指令的MI-BCI系统，就有约6.7％的被试表现欠佳，识别正确率低于59％(随机水平为50％)。

目前，只有让用户实际完成MI脑电实验，才能检验其是否可以诱发ERD/ERS特征。该方法成本极高，涉及经济、人力、时间三个方面。一般而言，脑电实验需要硬件设备和软件系统的共同支持。硬件设备包括：多通道电极帽、脑电放大器、用于数据采集和分析的电脑等。软件系统主要是采集和数据分析软件。整套系统的价格通常在二十万元以上。人力成本方面，整个实验需要至少一名主试人员全程指导实施，且必须具备丰富的脑电采集经验、数据处理知识和工程实践能力。实验还需要投入大量的时间成本，包括：主试调试设备和软件、被试在实验前后清洁头皮或头发、实验前佩戴电极帽以及涂抹导电膏等准备时间，一次完整的脑电实验通常需要花费1.5小时以上。显然，这种传统方法并不适用于在大量潜在用户中快速筛选合格使用者。随着MI-BCI技术的日益成熟，应用场景的持续增加，如何在庞大人群中高效、规范、低成本地筛选使用者是一项重大挑战，也是MI-BCI进入大规模应用之前必须解决的一项技术难题。