[发明专利]基于扩展现实游戏的运动想象脑机接口自适应训练系统

说明书

本发明公开了一种基于扩展现实游戏的运动想象脑机接口自适应训练系统，所述系统包括：第一计算机、第二计算机、扩展现实设备，电极帽，SynAmps‑2脑电放大器，所述第一计算机用于设计及呈现新型刺激范式；所述第二计算机用于采集并处理脑电数据；其中，所述新型刺激范式为：根据用户画像设计多功能趣味范式；所述脑电数据处理流程为：使用基于自适应生成阈值的动态停止策略，调整试次时长和训练难度。本发明具有良好的用户体验感和趣味性，可针对用户状态自适应调整训练难度，提升训练效率，对于运动想象在娱乐、医疗康复等领域应用落地具有重要意义。

技术领域

本发明涉及脑机接口领域，尤其涉及一种基于扩展现实游戏的运动想象脑机接口自适应训练系统。

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一种不依赖于大脑外围神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统。运动想象(Motor Imagery,MI)，是指大脑演练或模拟特定动作但不执行实际动作的心理过程，该过程会伴随大脑皮层特定区域的激活。但由于MI任务为主观的心理活动，MI-BCI用户通常需要长时间的BCI反馈训练才能熟悉运动想象方式，实现脑电特征的有效诱导。

有研究表明，三维运动引导在增强运动皮层激活方面比二维运动引导更有效。包括：虚拟现实、增强现实、混合现实在内的扩展现实技术(Extended Reality，XR)能够给受试者创建“身临其境”的虚拟环境，使受试者更容易感知想象的动作。而传统MI实验范式中，受试者常根据箭头方向进行运动想象，符号或文字给出的提示通常非常枯燥。游戏场景则允许受试者自由地运用大脑控制角色，在一定规则内达成目标取得胜利，减缓实验疲劳。因此，结合扩展现实游戏的运动想象新型范式既增强了运动想象信号的强度同时又增加了训练过程的趣味性。

此外，传统MI范式刺激时长固定，反馈时间固定，为了缩短BCI反馈训练时间，动态停止(Dynamic stopping,DS)策略在BCI范式研究中被提出。现有的动态停止策略通过循环对比贝叶斯后验概率和所设阈值，灵活控制了训练时长。然而固定的决策阈值却缺乏对用户个体状态的自适应性。

发明内容

本发明提供了一种基于扩展现实游戏的运动想象脑机接口自适应训练系统，在动态停止策略的基础上对决策阈值进行了自适应性调整，提出了一种动态阈值生成方法，具有良好的用户体验感和趣味性，可针对用户状态自适应调整训练难度，提升训练效率，对于运动想象在娱乐、医疗康复等领域应用落地具有重要意义。

一种基于扩展现实游戏的运动想象脑机接口自适应训练系统，所述系统包括：第一计算机、第二计算机、扩展现实设备，电极帽，SynAmps-2脑电放大器；

所述第一计算机用于设计及呈现新型刺激范式；所述第二计算机用于采集并处理脑电数据；

其中，所述新型刺激范式为：根据用户画像设计多功能趣味范式；所述脑电数据处理流程为：基于自适应生成阈值的动态停止策略，调整试次时长和训练难度。

其中，所述多功能趣味范式采用XR技术营造沉浸式交互环境，为用户量身定做具有不同肢体运动细节的虚拟角色引导其执行正确的MI动作。

所述多功能趣味范式具体为：

①面向卒中患者的上肢运动障碍严肃范式；②面向卒中患者的下肢运动障碍严肃范式；③面向学生的课外趣味科普范式；④面向大众群体的休闲娱乐虚拟范式。

其中，所述基于自适应生成阈值的动态停止策略为：

①计算贝叶斯后验概率：

设在线决策时，某一类运动想象任务的在线数据经过SVM算法返回的决策值为M，以离线各频带的分类正确率u为权重给M加权，作为该类任务的单试次决策系数向量v。