[发明专利]基于错觉运动感知的稳态诱发电位脑-机接口方法

说明书

一种基于错觉运动感知的稳态诱发电位脑‑机接口方法，先进行图形交替错觉范式纹理设计，选用亮度渐变、大小渐变的箭头形状作为发射错觉运动图形纹理的基本结构，对原图放大形成扩张帧图案，原图则作为收缩帧图案；选用标准正蓝色作为纹理背景色，箭头设计为黑白交替呈现，另在圆心处设置黑点作为视觉引导中心，形成交替过程中的收缩‑扩张运动反转；然后搭建脑机接口实验平台，再进行范式呈现与识别，计算机通过屏幕显示注视频率，实现对使用者的视觉反馈，完成一次目标识别，再重复下一次目标任务识别；本发明以最少图片数即双帧图片交替，呈现视觉运动刺激效果，有效诱发稳态视觉脑电信号，可适用于虚拟现实系统等应用场景。

技术领域

本发明涉及生物医学工程及脑-机接口技术领域，具体涉及一种基于错觉运动感知的稳态诱发电位脑-机接口方法。

背景技术

脑-机接口是一种不依赖于人的神经肌肉通路，实现大脑和外部设备通信的技术，常见的实现方式有稳态视觉诱发电位、事件相关同步/去同步、运动想象等方法。相较而言，稳态视觉诱发脑电技术具有抗干扰能力强、信息传输率高、无需训练等优点，因而在脑机接口技术领域最具有实用意义。如清华大学高上凯教授课题组研发的联合频率-相位调制的视觉诱发脑机接口方法，提升了脑机接口系统的信息传输率；西安交通大学徐光华教授课题组研发的基于牛顿环、环形棋盘的稳态运动视觉诱发脑机接口技术，有效降低了刺激强度、减轻视觉疲劳，提高了系统准确率。

传统模式翻转视觉诱发脑电范式(SSVEP)具有易疲劳、刺激强度大等缺点，稳态运动视觉诱发脑电刺激(SSMVEP)如径向收缩-扩张的牛顿环、环形棋盘格刺激范式，相较于传统的模式翻转视觉诱发电位(SSVEP)具有更好的舒适性，不易疲劳，且SSMVEP诱发电位的高次谐波成分显著降低，远远小于基频成分。因此SSMVEP设计范式中所用的频率范围不需要考虑某一刺激频率与其他刺激频率重合，扩展了范式的可选频率段，降低了辨识的假阳性率，具有更加优异的性能。

但现有技术以提升信息传输率、增加分类目标数为主，忽略了脑-机接口系统应用场景及控制对象。例如，在虚拟现实系统应用中，稳态运动视觉诱发范式至少需使用4帧图片呈现一个周期的运动反转过程，且场景刷新帧率必须为范式帧数的整周期倍，这样就会造成范式频率选择范围明显受限。同时，单位时间刷新图片张数越多，单张图片呈现时间就越短，会造成视觉闪烁感比运动感更为明显，无法体现运动范式的优越性，也影响了范式识别的准确率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于错觉运动感知的稳态诱发电位脑-机接口方法，以最少图片数即双帧图片交替，呈现视觉运动刺激效果，有效诱发稳态视觉脑电信号，可适用于虚拟现实系统等应用场景。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于错觉运动感知的稳态诱发电位脑-机接口方法，包括以下步骤：

1)图形交替错觉范式纹理设计：

选用亮度渐变、大小渐变的箭头形状作为发射错觉运动图形纹理的基本结构，对原图放大形成扩张帧图案，原图则作为收缩帧图案；选用标准正蓝色作为纹理背景色，箭头设计为黑白交替呈现，另在圆心处设置黑点作为视觉引导中心，形成交替过程中的收缩-扩张运动反转；

将运动方向改变的频率定义为运动反转频率f，交替错觉运动范式采用运动反转频率f作为视觉诱发电位的基频，并建立相应的运动控制模型：

其相位调制函数为：

式中：反映范式收缩-扩张运动特征；

F_C为一个运动周期所需帧数；

n为帧数变量；

运动反转频率为：

式中：