[发明专利]变时长编码的非侵入式脑机接口系统及编码方式

说明书

本专利属于脑机接口领域，具体公开了本发明针对现有技术中编码难度大、解调困难以及难以适应不同用户脑电特点的技术问题，提供了一种变时长编码的非侵入式脑机接口编码方法，用于人脑向计算机发送便于计算机识别的二进制编码，人脑产生两个频率固定、刺激时间长度固定的第一阶段信号，两个第一阶段信号分别与二进制的编码对应，若干个第一阶段信号组成一个码元，通过改变码元最后一位的第一阶段信号的时长或者插入标志编码的方式来标定码元之间的间隔。还公开了变时长编码的非侵入式脑机接口系统。

技术领域

本发明涉及脑机接口领域，具体涉及一种变时长编码的非侵入式脑机接口系统及编码方式。

背景技术

研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个连续的与刺激频率有关（刺激频率的基频或倍频处）的响应。这个响应被称为稳态视觉诱发电位—Steady-State Visual Evoked Potentials,SSVEP。它可以可靠地应用于脑-机接口系统（BCIs）。

为了接收、检测并分析SSVEP信号，现有技术提供了一种FM-SSVEP刺激器系统，一种基于固定频率的稳态视觉刺激器系统，是指利用固定的几个不同的频率分别作为刺激信号，然后采集大脑在受到这些刺激时的脑电信号，进行数据分析和处理，进而得到SSVEP信号的频率，通过SSVEP信号的标志频率与刺激信号的频率进行对比，即可反馈出刺激信号的信息，从而完成指令的传递，该技术可应用到脑电拨号、控制等多个领域。

在之前提出的专利《基于SSVEP脑机接口的脑电波指令识别方法》中，使用“Bit0”,“Bit 1”,“Bit 2”三个频率（或者说信号）来分别实现刺激单元的二进制比特流编码与比特流末端标定。

然而，这样的编码方法编码需要的频率较多，在显示器等刺激单元上实现难度仍然较大,且在解码过程中需要对“Bit 0”,“Bit 1”,“Bit 2”进行解调（需要三次滤波）；一次解调过程需要的处理时间较长（主要原因是，现有的计算机语言都是基于二进制编码的，当需要用二进制编码对有三种状态的信号（或者说三个信号）进行解码时，需要两位二进制编码对应一种状态的信号），并且让大脑在产生三种状态不同且便于识别的信号，对人脑来说难度较大。

发明内容

本发明针对现有技术中编码难度大、解调困难以及难以适应不同用户脑电特点的技术问题，提供了一种变时长编码的非侵入式脑机接口系统及编码方式。

本发明提供的基础方案为：变时长编码的非侵入式脑机接口编码方法，用于人脑向计算机发送便于计算机识别的二进制编码，人脑产生两个频率固定、刺激时间长度固定的第一阶段信号，两个第一阶段信号分别与二进制的编码对应，若干个第一阶段信号组成一个码元，改变码元最后一位的第一阶段信号的时长或者插入标志编码的方式来标定码元之间的间隔。

本发明的工作原理及优点在于：本申请所说的脑机接口，是特指单向脑机接口，是计算机单向接收大脑传来的信号。在本方案中码元之间的间隔需要用延长最后一位二进制信号的刺激时间来标定。与现有技术中码元之间的间隔需要用单独的信号来标定相比，本发明只需要人脑产生两个频率固定、刺激时间长度固定的第一阶段信号，现有技术需要人脑产生三个频率固定、刺激时间长度固定的信号。插入标志编码的方式是指，通过在码元之间插入一个时间与二进制编码刺激时间长度不同的刺激，这个刺激称之为标志编码。标志编码与改变码元最后一位的第一阶段信号的时长相比，标志编码所提供的刺激时间长度不同刺激可能不是码元的最后一位，可能是其他的刺激信号。用插入标志编码的方式来表示，其实际为在一个指令末尾插入与两位刺激时间长度不同的二进制信号（如“01”或者“10”）。（分别等效于串口通信中的换行符“\n”）在接受刺激的同时，人脑能够产生与刺激源频率、相位相近的信号。这样以达到区分码元间隔的目的。刺激单元可以是LED灯或者显示屏等发光体。