[发明专利]一种基于脑机接口的光标控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑科学应用技术，更具体地，涉及一种基于脑机接口的光标控制系统及方法。

背景技术

脑机接口(Brain-Computer Interface)是一种基于脑电信号实现人与外界进行信息交流的通讯和控制系统，是人脑和计算机或者其他电子设备之间建立的直接交流和控制通道。脑机接口技术可以把电生理学活动或有机器官的神经系统活动转化为机械装置可以识别的信号，把大脑的信息直接转化为相应的控制命令，在人脑和计算机或其它外界设备之间建立一种直接的信息交流通道。

P300诱发电位是ERP(事件相关电位)的一种，其是指在人认知靶刺激之后300ms左右的时间，在脑电图上会出现一个明显的正电位波峰。SSVEP（Steady State VEP）诱发电位（稳态视觉诱发电位）是诱发电位（VEP）中的一种，是指当以持续的闪光频率对人眼进行刺激时，大脑皮层的神经元会使其发放率与闪光刺激频率同步，枕、顶部在脑电图上将出现与刺激频率相同或成谐振关系，并与刺激有一定相位关系的频率波，使得脑电信号中与刺激频率及其谐波频率对应的节律成分明显增强。稳态诱发电位的刺激频率一般要大于6Hz，这样各次刺激引起的响应在时间上就不断重叠，从而加强了信号的特征。

目前存在的利用脑机接口技术进行光标控制的主要是利用P300诱发电位和ERD/ERS电位技术，如中国专利“一种脑-机接口的二维光标控制方法及装置”（201010509561.6）利用P300诱发电位控制光标的垂直位移，利用运动想象来控制光标的水平位移。中国专利“一种基于运动想象与P300脑电电位的功能键选择方法”（201010509550.8）利用某种脑机接口控制光标移动到相应的位置后，再利用P300诱发电位和运动想象确认光标是否到达了使用者的预定目的地。但是，ERD/ERS电位对人的要求较高，需要使用者在使用前进行大量的训练(例如数个周，甚至更长的时间)。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种基于脑机接口的光标控制系统及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于脑机接口的光标控制系统，包括视觉诱发刺激模块、脑电采集仪和处理器；其中，所述视觉诱发刺激模块用于将P300诱发电位视觉刺激和SSVEP诱发电位视觉刺激以界面显示方式提供给使用者；脑电采集仪用于实时采集脑电信号并且进行放大和模数转换，通过数据线与处理器进行数据传输；其中，处理器用于接收脑电信号并且对脑电信号进行处理，判断使用者的控制意图并且控制光标移动。

其中，处理器包括信号处理模块和光标控制模块；其中，信号处理模块用于对实时采集到的一段脑电信号进行有、无SSVEP诱发电位的判断；信号处理模块还用于当识别结果为使用者未选择SSVEP刺激时，判断使用者选择的是屏幕上部的P300刺激，还是屏幕下方的P300刺激；其中，光标控制模块用于根据信号处理模块的处理结果，控制光标进行相应方向的移动。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于脑机接口的光标控制方法，包括：步骤1，将P300诱发电位视觉刺激和SSVEP诱发电位视觉刺激以界面显示方式提供给使用者；步骤2，实时采集脑电信号并且进行放大和模数转换；步骤3，处理器接收脑电信号，并且对脑电信号进行处理，判断使用者的控制意图；以及步骤4，根据所述控制意图，控制光标进行相应方向的移动。

其中，步骤3包括：步骤31，对实时采集到的一段脑电信号进行有、无SSVEP诱发电位的判断;当确定选择左侧或右侧SSVEP刺激，则将判断结果传递用于光标控制，该周期结束；步骤32，当识别结果为使用者未选择SSVEP刺激时，对采集到的原始脑电信号重新进行处理，判断使用者选择的是屏幕上部的P300刺激，还是屏幕下方的P300刺激。

本发明提出一种应用范围广泛、使用简便、准确率较高的光标控制方法，利用P300诱发电位和SSVEP诱发电位两类视觉诱发电位，分别代表垂直方向和水平方向，进行光标控制。对绝大多数使用者而言，不需要进行训练，可以直接使用，并且准确率较高，控制过程更灵活简便。

本发明与现有的通过脑-机接口控制光标的方法相比，结合了P300诱发电位和SSVEP诱发电位的优点，适用人群数量大；由于P300诱发电位和SSVEP诱发电位的普适性，使用者不需经过训练，可以直接使用；准确率高，P300诱发电位和SSVEP诱发电位都是通过视觉诱发产生，诱发条件简单，相对应的脑电信号特征明显，易识别分类；并且该光标控制方法对于那些有肢体障碍的残疾人有重大意义。

附图说明