[发明专利]一种基于强化注意的脑机接口字符输入系统及实现方法

说明书

本发明涉及脑机接口技术领域，具体涉及一种基于强化注意的脑机接口字符输入系统及实现方法。本发明包括：包括信息采集部分、信号处理部分、分类识别部分和反馈环节四个组成部分，所述信息采集部分用于采集大脑的脑电信号，所述信号处理部分将采集到的脑电信号去除原始信号其中的眼电、心电以及信号干扰，所述分类识别部分用于实现字符输出，所述反馈环节将分类识别部分的效果反馈给用户，所述信息采集部分上还设有视觉刺激设备。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术领域，具体涉及一种基于强化注意的脑机接口字符输入系统及实现方法。

背景技术

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一种不依赖于生物自身神经通路和肌肉组织的联系，在人或动物的大脑与外部设备间建立设备化的人工连接通路。其涉及到神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科交叉的知识，是目前脑科学研究领域的热点研究问题之一。脑机接口作为一种全新的信息交换技术，能够为人们提供一种与外界进行交流的新途径，特别对于有语言障碍或者严重瘫痪但脑功能正常的患者来说脑机接口系统为他们提供了一个与外界进行交互的新通道。

目前常用于脑机接口系统的脑电信号主要分为四类：慢变皮层电位(SlowCortical Potential,SCP)、稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual EvokedPotential,SSVEP)、基于运动想象Mu/Beta节律、事件相关电位(Event-relatedPotentials，ERPs)。慢皮层电位(Slow Cortical Potential,SCP)反映的是大脑皮层中的低频部分产生的缓慢的电压变化，受试者需要经过反复的训练形成条件反射，在反馈信息出现时能够有意识的控制慢皮层电位的正负向变化。在稳态视觉诱发电位(Steady-StateVisual Evoked Potential,SSVEP)系统中，当受试者受到一个固定频率的视觉刺激的时候，在大脑视觉皮层会产生一个连续的与刺激频率有关的响应，这个响应被称为稳态视觉诱发电位，虽然该系统具有可分类目标数多、单次识别率高且训练时间短的优势，但长时间的观察容易让人产生疲劳甚至引发癫痫。而基于运动想象 Mu/Beta节律的脑电信号，当人在想象不同的肢体进行运动时，会引起相应肢体感觉运动皮层区域mu节律的减少，这种减少叫做“事件相关去同步化”，通过识别不同脑区mu节律能量的下降，实现对具体运动想象肢体的判断。事件相关去同步主要针对两种运动想象任务的研究，对三种及以上运动想象任务的分类准确度将大打折扣。

相对来说，基于事件相关电位(ERP)的脑机接口技术，不需要受试者提前训练，配置要求简洁，操作简单，在多分类的情况下也可以达到相对较高的分类准确率。目前事件相关电位基本都是采用P300视觉刺激呈现范式，而基于P300视觉刺激呈现范式的字符输入系统其速率仍然无法达到实用的目的。研究人员希望通过改变刺激呈现范式来达到提高系统性能的目的。其中，增加刺激图片的认知工作量或者新颖性可以提高系统性能，但是在长期注视情况下，更容易引起使用者的疲劳也会使新颖性降。在进行视觉刺激的过程中加入听觉刺激，也是提高字符拼写系统性能的手段之一，但同时也就要求使用者需要投入更多的精力。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种基于强化注意的脑机接口字符输入系统：

本发明的技术方案是：包括信息采集部分、信号处理部分、分类识别部分和反馈环节四个组成部分，所述信息采集部分用于采集大脑的脑电信号，所述信号处理部分将采集到的脑电信号去除原始信号其中的眼电、心电以及信号干扰，所述分类识别部分用于实现字符输出，所述反馈环节将分类识别部分的控制效果反馈给使用者，所述信息采集部分上还设有视觉刺激设备。

优选地，所述信号处理部分由预处理模块、特征提取模块组成，所述预处理模块具有带通滤波、基线校正、设置阈值功能，所述特征提取模块具有降采样、组合特征向量功能。

优选地，所述分类识别部分具有使用训练好的分类器识别脑电特征向量功能。