[发明专利]涉及脑计算机接口的改进

说明书

技术领域

本发明涉及一种创建用于脑计算机(brain computer)接口中的用户简档(profile)的方法和系统，并且涉及一种用于针对应用为用户创建脑计算机接口的方法和系统。

背景技术

许多年来，人们已经推测(speculate)脑电图活动或对脑功能的其他电生理学测量可以提供用于发送消息和命令到外部世界的新的非肌肉(muscular)通道，该通道通常被称为脑计算机接口(BCI)。在过去的20年间，已经兴起了有成果的BCI研究计划。受到对脑功能的提高的理解的鼓励，随着强大的低成本计算机设备的出现，并且随着对残疾人的需求和潜能的认知的提高，这些计划集中在开发新的通信和控制技术。

最流行的脑计算机接口使用从头皮记录的脑电图(EEG)活动或在皮层(cortex)内记录的单神经元活动。这些活动可以在计算环境中使用以控制光标移动、选择字母或图标，或者可以用于操作神经假体。每个BCI的中心是变换算法，其将来自用户的电生理学输入转换为控制一个或多个外部设备的输出。BCI的操作取决于两个自适应控制器之间的有效交互、在提供给BCI的电生理学输入中编码他或她的命令的用户以及辨识该输入中包含的命令并在设备控制中表达它们的BCI。可以在J.R.Wolpaw，N.B.，D.J.McFarland，G.Pfurtscheller，T.M.Vaughan在Clinical Neurophysiology，113(2002)第767-791页发表的“Brain-computer interfaces for communication and control”和T.M.Vaughan，W.J.H.，L.J.Trejo，W.Z.Rymer在IEEE Transactions onNeural Systems and Rehabilitation Engineering，2003 11(2)第94-109页上发表的“Brain-Computer Interface Technology：A Review of theSecond International Meeting”中找到关于BCI的进一步详述。

BC I可以被提供给具有严重残疾的个人以提高它们的生活质量。脑信号可以例如能够为残疾人提供对诸如轮椅、车辆或辅助机器人之类的设备的增强控制。随着BCI技术的改进，它或许将扩展到为具有不太严重残疾、局部残疾或根本没有医学残疾的人们提供服务。例如，BCI可以用于监控长途驾驶员或飞机驾驶员的注意力。BCI可以用于控制在危险或敌对情况中运行的机器人。在其他应用中，BCI可以用于提供视频游戏中的附加控制或创建神经艺术和音乐。

BCI的应用领域可以被看作是从一端处的二进制开关(一个比特，开或关)运行到另一端处的模拟复杂的机器人技术的连续统一体。当前的BCI具有高达25比特/分钟的最大信息传送速率。更高的速度和准确性的获得要求在信号采集和处理方面、变换算法方面、以及用户训练方面进行改进。BCI信号的选择受到应用的影响。为了实现精确的控制功能，比如物理设备的快速运动，一些EEG信号的相对较慢的变化可能是不够的，而神经元放电(spike)序列的更快动态性可能足够。然而，这种选择导致另一个折衷：表面电极是便利的并且包含很小的危险，而脑内的电极移植是侵入性的并且因此包含更大危险。

在个人用户正确使用BCI之前，需要大量的训练。首先，用户必须学会如何调制他们的脑活动，从而生成适当的电生理学信号，并且另外，所使用的BCI必须记录(log)用户的许多信号并设计一个模型或提取特征。然而，脑电图(EEG)信号是天然地不稳定的、对于不同主体而言是不同的并且通常非常嘈杂，因为它们受到各种人工制品比如肌电图(EMG)和眼电图(EOG)信号的污染。肌电图(EMG)检测当肌细胞收缩时由这些细胞产生的电位以及也检测当肌细胞处于静止时这些细胞产生的电位。眼电图描记法是用于测量视网膜的静息电位的技术。它可以用来检测眼睛移动，并且使眼睛适应变化的光条件。