[发明专利]基于融合特征的紧急状态运动意图脑-机接口系统

说明书

本发明公开了一种基于融合特征的紧急状态运动意图脑‑机接口系统，所述系统包括：结合主动式BCI和反应式BCI，设计紧急状态运动意图诱发新范式，诱发ERP和MRCP联合特征；搭建脑电信号采集装置，记录用户的脑电数据；提取离线数据特征，建立识别模型；导入识别模型进行在线实验，利用线性判别分析对紧急状态和非紧急状态进行分类，当检测到紧急状态时输出对外部设备的控制指令。本发明可有效提高BCI系统的分类识别正确率，该系统为BCI的发展带来范式和应用场景上的创新，有望实现快速响应、可靠稳定的BCI系统，带来可观的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明涉及脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)领域，尤其涉及一种基于融合特征的紧急状态运动意图脑-机接口系统。

背景技术

BCI是指在大脑和计算机及外部设备之间由人工搭建的一条不同于传统大脑信息传输的通路，它能够替代、重建、加强、补充或改善中枢神经系统的正常输出。根据脑电(Electroencephalogram,EEG)信号的特征可分为主动式、反应式和被动式。主动式BCI不依赖于外部事件，其输出的控制信号反映了用户的随意性活动。运动想象脑-机接口(MotorImagery BCI，MI-BCI)是一种典型的主动式BCI。用户通过想象身体某一部位运动从而诱发对应脑区产生特定的响应，利用计算机识别这种响应，将人的运动意图转化为外部设备的控制指令来完成预设的任务。包括：表征能量变化的事件相关去同步\同步化(Event-Related Desynchronization\Synchronization,ERD/ERS)特征和表征波形变化的运动相关皮质电位(movement-related cortical potentials,MRCPs)特征。MRCPs作为反映运动准备过程的特征电位，可以在自发运动的准备/计划阶段对用户的运动意图进行提前预测，从而使人-机交互方式更自然、更高效。因此运动准备响应特性的检测与识别具有十分重要的意义。

目前针对运动想象(Motor Imagery，MI)的研究范式主要集中在用户根据实验所给定的提示来进行想象，没有考虑突发、紧急情况下的应用场景。

反应式BCI则需要外部刺激诱发大脑产生特定频率或特定波形的变化，根据神经信号的不同响应，将其转化为对应的指令输出。典型的被动式BCI有ERP-BCI和SSVEP-BCI(Steady-State Visual Evoked Potential BCI,稳态视觉诱发电位脑-机接口)。与普通的诱发电位不同，事件相关电位(Event-Related Potential,ERP)记录的是大脑对刺激带来信息引起的反应，是在注意的基础上，与记忆、识别等心理活动有关，反映了认知过程大脑的神经电生理改变。经典的ERP成分包括：N2、P3、P1、N1、P2，前两种为内源性成分，后三种为外源性成分。P3又称为P300，是一种由小概率事件(视觉、听觉、触觉等形式)诱发的内源性ERP。基于P300的BCI多利用特定事件的刺激序列，来诱发用户的P300电位，根据其锁时的特点，通过检测P300电位来判断用户的意识活动。

目前，绝大多数的BCI被称为“simple”BCI，即只利用了ERD/ERS、MRCPs、P300电位中的一种作为分类指标。

发明内容

本发明提供了一种基于融合特征的紧急状态运动意图脑-机接口系统，本发明面向紧急状态或事件应用场景，结合主动式BCI和反应式BCI，设计紧急状态运动意图诱发新范式，可诱发ERP和MRCP联合特征(其中，紧急状态或事件的视觉呈现可诱发ERP特征，运动意图诱发MRCPs特征)，利用模式识别算法最终搭建基于融合特征的紧急状态运动意图脑-机接口系统，详见下文描述：

一种基于融合特征的紧急状态运动意图脑-机接口系统，所述系统包括：

结合主动式BCI和反应式BCI，设计紧急状态运动意图诱发新范式，诱发ERP和MRCP联合特征；

搭建脑电信号采集装置，记录用户的脑电数据；提取离线数据特征，建立识别模型；