[发明专利]视觉刺激方法、系统及脑机接口系统

说明书

本发明涉及脑电接口技术领域，提供了一种视觉刺激方法、系统及脑机接口系统，该方法包括：呈现视觉刺激范式，采用正弦采样调制模式控制所述视觉刺激范式的网格区域进行闪烁，视觉刺激范式由背景区域和网格区域叠加组成，背景区域和网格区域的对比度不同，网格区域由线条区域和线条交叉点区域组成，线条区域和线条交叉点区域的对比度和宽度均不同；同步采集用户在当前视觉刺激范式下产生的脑电信号；在进行视觉刺激过程中，控制背景区域的亮度按照预设亮度值显示，控制线条区域的亮度值在高于背景区域亮度值的范围内变化，控制线条交叉点区域的亮度值在高于线条区域亮度值的范围内变化，以保证刺激能够在诱发一定强度SSVEP的同时降低视觉疲劳。

技术领域

本发明涉及脑机接口范式技术领域，尤其涉及一种视觉刺激方法、系统及脑机接口系统。

背景技术

脑-机接口(Brain-computer Interface,BCI)是一种大脑和外部设备(最常见的如计算机或者机械臂等)之间的直接通信方式，可用于替代，协助、改善、增强或者修复人类认知或感觉运动功能。常用的基于非侵入式EEG的BCI范式包括基于视觉诱发电位(visualevoked potentials，VEPs)的BCI，基于慢皮层电位(slow cortical potentials，SCP)的BCI,基于典型的事件相关电位P300成分的BCI,和基于感觉运动节律(sensorimotorrhythms，SMR)的事件相关同步、事件相关去同步(event-related desynchronization/synchronization,ERD/ERS)的BCI。

在VEP-BCI中，用户对呈现视觉刺激中的目标刺激的神经反应用于解析当前用户注视目标。具体的，对目标刺激响应的神经信号的解析基于刺激诱发的独特的神经反应模式，如SSVEPs，并且这种神经信号模式在某一特定的时间内仅和同一个刺激具有一一对应关系。通过在不同的时间段呈现具有不同闪烁频率或者相位的刺激，BCI算法能够解析不同刺激在不同时刻诱发的神经反应，从而使系统判断注视目标刺激成为可能。

一般来说，VEP-BCI容易造成视觉疲劳。视觉疲劳直接影响用户和系统性能。在VEP-BCI系统中最常用的刺激形式是闪烁刺激(亮度变化)和模式变化刺激。闪烁形式的视觉诱发电位通过单一闪烁刺激诱发获得，而模式刺激则通过变换刺激模式获得。这种持续闪烁或者变换模式的刺激形式，特别是在用户交互界面有较多的闪烁刺激呈现时，特别容易造成用户视觉不适和认知疲劳。在长时间注视视觉刺激情况下，视觉疲劳会造成用户头晕，恶心等身体不适感，进而会影响视觉BCI系统性能。例如，在视觉BCI系统中最常用的刺激形式，黑白闪烁刺激和棋盘格刺激。黑白闪烁刺激为黑色图片为背景区域，按照正弦采样调制方法使白色图片的亮度在黑-白范围内变化。棋盘格刺激同样包含两种图片，一种为黑色图片，一个为由多个黑白正方形方格组成。在这种刺激方式下，黑色背景保持不变，白色方格的亮度按照正弦采样调制。黑白闪烁刺激的闪烁面积为整个黑色背景区域，且黑白刺激中白色闪烁区域的亮度变化范围是0-255，为强对比度。对于棋盘格刺激范式，相对于黑白刺激范式，闪烁面积降低了一半，但是闪烁区域的亮度值仍为强对比度闪烁模式。可见，在VEP-BCI系统中，持续刺激闪烁容易诱发视觉不适以及认知疲劳，而且识别目标刺激容易受到背景刺激以及周围刺激的干扰，从而影响视觉BCI系统中目标刺激识别的速度和准确率。因此，如何对视觉BCI系统中的视觉刺激根据人类视觉和感知条件进行改进，避免识别目标刺激时背景刺激以及周围刺激对其干扰，并保证刺激能够在诱发一定强度的SSVEP的同时降低视觉不适以及认知疲劳，对脑机接口技术发展具体重要意义。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的视觉刺激方法、系统及脑机接口系统，以保证刺激能够在诱发一定强度的SSVEP的同时降低视觉不适以及认知疲劳。

本发明的一个方面，提供了一种视觉刺激方法，所述方法包括：