
技术摘要:
本发明公开了一种基于稳态不对称视觉诱发电位的脑‑机接口方法,包括:构建具有N个指令集的SSaVEP编码范式,视野注视点在原点,视觉刺激信号在两个不同的时间段内在原点周围出现;使用Neuroscan Synamps2系统采集受试者的脑电信号数据,并进行预处理提取特征信号;构造 全部
背景技术:
脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)指的是可以替代、修复、增强、补充 或改善中枢神经系统的正常输出,从而改善内部与外部环境之间的相互作用的系统。根据 采集生理信号的电极传感器的放置位置,可以分为侵入性BCI和非侵入性BCI。对于非侵入 性 BCI,稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potential,SSVEP)因为较好的 鲁棒性,被广泛作为大脑的控制信号。目前,基于SSVEP的BCI系统具有极高的信息传输率。 SSVEP是指4Hz以上的外部视觉刺激闪烁,在大脑皮层(主要指枕区)引起的周期性 头皮脑电图(Electroencephalography,EEG))信号。根据诱发脑电的刺激信号的频率, SSVEP可分为三个频段,即4至14Hz的低频频段,15至25Hz的中频频段以及25Hz以上的高频 频段。以前的低中频段SSVEP研究主要是通过直接注视闪烁方块,因为这样可以产生稳定 的、幅值高的EEG信号。然而直接注视刺激,容易引起受试者较为强烈的视觉疲劳,影响 SSVEP的性能。同时在高频信号作为刺激的SSVEP研究中,直接注视刺激目标诱发的脑电信 号幅值微弱、噪声强,难以有效提取并识别目标。
技术实现要素:
本发明提供了一种基于稳态不对称视觉诱发电位的脑-机接口方法,本发明设计 了可以采集SSaVEP的编码范式,以及可以对信号进行降噪、识别的解码算法;该技术可以显 著提升SSVEP的信噪比,适用于低、中和高三个频段;同时利用隐性视觉注视方式,可以减少 视觉疲劳,详见下文描述: 一种基于稳态不对称视觉诱发电位的脑-机接口方法,所述方法包括以下步骤: 构建具有N个指令集的SSaVEP编码范式,视野注视点在原点,视觉刺激信号在两个 不同的时间段内在原点周围出现; 使用Neuroscan Synamps2系统采集受试者的脑电信号数据,并进行预处理提取特 征信号; 构造空间滤波器,利用空间滤波器分别得到训练集模板和测试集模板实现SSaVEP 的特征增强; 使用CCA算法提取训练集模板和测试集模板的相关系数,使得潜在相关性最大;在 模式匹配中,训练集模板和测试信号之间的关系用向量表示,进而获取最终相关系数决策 值,基于决策值获取目标类别。 其中,所述视觉刺激信号为: S1(x1,y1,t1,fi,α1) S2(x2,y2,t2,fi,α2) 3 CN 111580643 A 说 明 书 2/5 页 其中,x1和x2以及y1和y2分别为刺激中心位置的横纵坐标,t1和t2是两个刺激开始 的时间,fi是第i个字符的刺激频率,α1和α2是两个刺激的初始相位,利用周期信号生成。 进一步地,所述视觉刺激信号的刺激位置不同,即: (x1,y1)≠(x2,y2) 保证刺激的位置不是在视野中心,即: x1≠0||y1≠0 x2≠0||y2≠0。 其中,所述训练集模板和测试集模板分别为: 其中, 为训练样本,Y为测试样本, 为第一模式模板, 为第二模式模板,Y1为 第一测试样本,Y2为第二测试样本,T为转置向量系数。 本发明提供的技术方案的有益效果是: 1、本发明利用了大脑对空间不对称性刺激指令反应的空间信息,视觉刺激出现在 周围视野而不是中央视野,从而避免长时间使用时的视觉疲劳,且为用户在中央视野进行 其他任务操作提供了窗口; 2、本发明利用滤波器对具有空间信息的信号进行滤波处理以及彼此相减等操作 有效抑制背景共模噪声,提升信噪比; 3、本发明设计的编解码技术不仅可以应用于低中频带,也可以有效提高高频视觉 刺激的识别性能; 4、本发明因为可以有效提高全频率段视觉刺激的SSVEP响应性能,因而更具有市 场应用场景,可以应用在残疾人康复、生活、娱乐等领域,有望获得可观的社会效益和经济 效益。 附图说明 图1为一种基于稳态不对称视觉诱发电位的脑-机接口的结构示意图; 主要由视觉刺激模块、脑电数据采集与预处理模块、识别算法分析模块等部分组 成。 图2为指令分布示意图; 图3为A指令刺激的空间分布示意图; 图3(a)为视野坐标对照组;图3(b)为经典SSVEP拼写指令空间位置分布;图3(c) 为不对称SSVEP拼写指令空间分布。其中,S1、S2和S3分别代表在坐标原点以及其他对称位 置的刺激信号。 图4为单个指令刺激的时间分布示意图; 图5为识别算法流程图。