[发明专利]脑电控制方法和脑电控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及控制系统领域，特别涉及脑电控制方法和脑电控制装置。

背景技术

脑机接口(brain-computer interface，BCI)是在人或动物的脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接收脑传来的命令，或者发送信号到脑(例如视频重建)，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。

脑机接口按照与人脑的连接方式，可以区分为侵入式脑机接口、部分侵入式脑机接口和非侵入时脑机接口。其中非侵入式脑机接口作为有潜力的应用已得到深入研究，这主要是因为该技术良好的时间分辨率、易用性、便携性和相对低廉的价格。

脑电图(EEG)信号非常混乱，而且大部分都是无法解读的电信号，但是与运动相关的信号被证明是相当强烈而且可重复的。因而，在脑机接口中，从EEG信号中检测自主运动意图来用于触发外部设备，这可以应用于运动辅助或者神经康复应用。为了这些用途，需要以非常短的延迟(例如，几百ms)从EEG信号检测用户的运动意图，无论是想象、执行或者尝试，以使得基于脑电的控制可以被感知为闭环。

对于闭环BCI研究的用于检测运动意图的两种主要类型的非侵入式运动相关的皮层信号模是感觉运动节律(SMR)和运动相关皮层电位(MRCP)。基于SMR的系统无论对于忙碌和空闲状态，或者对于不同运动类型，都可以实现好的检测精确性，但是具有相对长的延迟(即，运动意图和相应的检测之间的延迟)，例如，这种延迟可能以秒为量级。相反，研究表示，可以以非常短的延迟(不超过300ms)来通过MRCP检测运动意图。

在BCI应用中，BCI系统通过从脑电信号MRCP检测运动意图并将其转化为用于外部设备的命令，以驱动外部设备进行操作。因而，希望开发新颖的脑电控制方法和脑电控制装置，从而实现精确和便捷的控制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供能够实现精确和便捷的控制的脑电控制方法和脑电控制装置。

根据本发明的一方面，提供了一种脑电控制方法，其特征在于，包括：从至少一个信道接收表示第一运动意图的第一脑电信号；应用局部保持投影算法将所述第一脑电信号从高维特征空间映射到低维特征空间；应用线性判别分析分类器将所述低维特征空间中的映射的第一脑电信号分类为两个类别，其中第一类别对应于表示所述第一运动意图的第一脉冲信号，且第二类别对应于噪声；提取所述表示第一运动意图的第一脉冲信号；和，使用所述第一脉冲信号激励控制对象，以操作所述控制对象。

在上述脑电控制方法中，所述第一脑电信号是运动相关皮层电位信号。

在上述脑电控制方法中，所述第一运动意图是运动准备、运动执行和运动想象的其中之一。

在上述脑电控制方法中，所述控制对象是包括以下的至少其中之一的人体仿真机械部件：机械手臂、机械腿、机械颈部等。

在上述脑电控制方法中，所述从至少一个信道接收表示第一运动意图的第一脑电信号的步骤具体包括：从九个信道采集所述第一脑电信号，且所述九个信道的采集电极分别位于根据标准国际10-20系统的Cz、Fz、FC1、FC2、C3、C4、CP1、CP2和Pz位置。

在上述脑电控制方法中，在应用局部保持投影算法将该第一脑电信号从高维特征空间映射到低维特征空间之前进一步包括：以0.05-3Hz的带通滤波器和大拉普拉斯算子空域滤波器使用Cz位置以外的8个位置的第一脑电信号以Cz为中心对在Cz采集到第一脑电信号进行滤波，并将处理过的信号作为第一脑电信号。

在上述脑电控制方法中，在应用局部保持投影算法将该第一脑电信号从高维特征空间映射到低维特征空间之前进一步包括：以窗口截取所述第一脑电信号以将所述第一脑电信号划分为多个分段；应用局部保持投影算法将该第一脑电信号从高维特征空间映射到低维特征空间具体为：应用局部保持投影算法将所述第一脑电信号的每个分段从高维特征空间映射到低维特征空间；和，应用线性判别分析分类器将所述低维特征空间中的映射的第一脑电信号分类为两个类别具体为：应用线性判别分析分类器将所述低维特征空间中的映射的所述第一脑电信号的每个分段分类为所述两个类别。

在上述脑电控制方法中，所述窗口的宽度为2ms，且以0.1ms的间隔递增。

在上述脑电控制方法中，提取所述表示第一运动意图的第一脉冲信号具体为：在所述第一脑电信号的连续两个分段被分类为表示所述第一运动意图的第一脉冲信号的情况下，提取所述表示第一运动意图的第一脉冲信号。