[发明专利]抑制MI-BCI系统误触发的系统及其训练和测试方法

说明书

本发明公开了一种抑制MI‑BCI系统误触发的系统，包括MI‑BCI系统，用于对肢体进行电刺激来产生体感诱发电位的电刺激单元，用于采集脑电信号的信号采集单元，用于提取脑电信号特征的特征提取单元，用于对脑电信号特征进行分类的特征分类单元；特征提取单元输入脑电信号，用共空间模式算法提取脑电信号特征；特征分类单元，输入脑电信号特征，用支持向量机对提取的脑电信号特征进行模式识别分类，将脑电信号特征分类为靶/非靶任务,并将分类结果反馈至MI‑BCI系统；当脑电信号分类为靶任务，MI‑BCI系统驱动执行器带动患肢作相应动作，否则不动作。本发明还公开了上述系统的训练和测试方法。本发明有效抑制MI‑BCI中的误触发问题。

技术领域

本发明涉及一种基于运动想像的脑机接口系统，特别涉及一种抑制MI-BCI系统误触 发的系统及其训练和测试方法。

背景技术

基于运动想像的脑机接口(MI-BCI)系统能够通过头皮脑电信号解码出人脑的主观 运动意图。在临床应用方面，MI-BCI技术可以给大脑完好但肢体运动功能严重受损的患者如SCI(Spinal cord injury)、ALS(Amyotrophic lateral sclerosis)等，提供一种直接使用大 脑控制机械外设的信息通路，这对于改善这些患者的生活质量有很大帮助。近年来的研 究发现，MI-BCI还可用于中风等疾病所造成脑部损伤的康复治疗，在一些报导中采用这 种新型治疗方法获得了很好的康复效果，充分表明MI-BCI在中风康复领域的潜力。

不同的肢体部位运动对应着大脑感觉运动皮层不同部位的激活。运动想像和运动执 行有着相似的大脑神经元活动，因此，我们通过解码运动想象产生的脑电信号，就可以推断出受试者想要执行怎样的动作，从而控制外部设备。研究发现，与运动执行类似， 运动想像可以诱发事件相关去同步现象(event-relateddesynchronization,ERD)，即alpha频段(8-13Hz)和beta频段(13-30Hz)的能量下降。执行的运动想像任务不同，所诱发的大脑神经活动会有一定差别，即ERD发生的皮层位置有差异，通过检测这种ERD特征差异 可以识别出具体的想象动作模式。

基于此，MI-BCI主要有以下两个特点，首先，在整个操作过程中，MI-BCI系统假 设大脑仅会执行预设的几种动作任务；其次，系统对某种动作任务是否发生的判断是通 过这种动作的对应脑区上是否发生了ERD来完成的。由此，理想情况下，用于中风康复 治疗的MI-BCI仅预设大脑会执行患肢运动和患肢不动两种想象任务。当解码出中风患者 对患肢的运动意图时，系统驱动外设牵引患肢进行被动运动，形成运动意图和患肢运动 的闭环环路，从而形成更好的神经诱导效应，进而产生更好的康复效果。

但是，MI-BCI系统并不能直接识别关于目标肢体的动作意识，它本质上是通过区分 目标动作和其它思维任务来完成的。运动想像的解码主要依靠相应脑区的ERD特征，因此，在典型的左右手识别中，如果检测到右侧感觉运动区上产生了ERD特征，则BCI 系统判断被试在进行左手想象动作，反之亦然。如果中风患者的右手为患肢，则MI-BCI 通过检测对侧感觉运动皮层是否发生足够强度的ERD来判断患者是否对患肢进行运动想 象。但不幸的是，ERD是人脑功能活动中常见的现象，不仅对侧肢体MI可以诱发ERD， 其它很多思维活动如思考，记忆甚至同侧肢体实际运动或者想象运动都会诱发ERD。尽 管这些任务诱发的ERD强度和空间优势分布的位置有所差异，但由于脑电特征空间分布 弥散、信噪比较低的特点，导致MI-BCI系统中的判别器很难判断患侧脑区的ERD是否 是由患肢的运动想象产生的。这就形成了一种MI-BCI的误触发效应，也就是使用者大脑 的某些无关思维活动会使MI-BCI误认为使用者进行了靶任务(患肢MI)思维活动，进 而会使得MI-BCI在患者未进行患肢运动想象时驱动外设牵引患肢运动。这种由无关思维 活动错误驱动的患肢被动运动对于受损脑区的康复很难有正面作用，甚至有可能产生错 误的神经诱导效应。显然，理想的中风康复MI-BCI中应该尽力避免这种错误触发。