基于空间、时间和频率联合编码的脑-机接口通讯方法

摘要

本发明属于脑-机接口通讯技术领域，为能够极大的增加BCI系统的带宽。进一步研究可以得到完善的脑-机接口系统，有望获得可观的社会效益和经济效益，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，时间和频率联合编码的脑-机接口通讯方法，设计实验，搭建好实验所需的脑电信号采集装置，然后在实验系统指导下，采集操作者脑电信号数据，将其存储后再进行一定的预处理、特征提取，最后进行分类；预处理和特征提取包括编码策略和解码策略，并进一步包括时间、频率、空间编解码策略。本发明主要应用于脑-机接口通讯的设计制造场合。

主权项

一种基于空间、时间和频率联合编码的脑‑机接口通讯方法，其特征是，包括下列步骤：受试者安静地坐于距屏幕约1m的靠椅上，注视计算机屏幕刺激界面的闪烁，脑电信号由脑电电极探测后经过脑电放大器放大、滤波后输入计算机，采集得到的脑电数据经过特征提取和模式识别后，转换为命令输出；1.2编码策略计算机屏幕刺激界面的闪烁，刺激面板由FPGA控制，分成左右两个部分，每个部分都存在若干子界面，每个子界面都是一个独立的BCI视觉刺激模块，且该模块服从P300‑SSVEP‑speller刺激模式；1.2.1时间编码刺激面板中所有子界面的oddball闪烁模式是一致的，即，所有子界面中字符的时间编码过程是一样的；1.2.2频率编码左、右侧面板中，各个子界面的SSVEP诱发频率是不一样的，但是，左右面板所包含的SSVEP诱发频率成分是能够相同的；1.2.3空间编码左、右侧面板字符发出的刺激光线经过垂直方向、水平方向的偏振片后，其透射光成为垂直方向、水平方向的线偏振光；1.3解码策略通过该视觉刺激方案诱发出来的大脑活动，能够在大脑头皮映射出具有空间、时间和频率特征的脑电信号，通过对脑电信号的空间、时间和频率的特征分析，就能够准确的输出控制命令；1.3.1时间解码用户所凝视的字符，其oddball闪烁刺激会引起大脑产生P300特征信号，通过机器学习等方法识别P300特征信号，从而实现脑电信号的时间解码；1.3.2频率解码通过识别SSVEP的频率成份，就可以判断用户注视的子界面类型，从而实现脑电信号的频率解码；1.3.3空间解码通过识别EOG的偏侧化效应和EEG特征的空间分布，BCI系统可以实现空间解码；时间编码进一步具体为：子界面I中的6个字符以随机遍历顺序连续发出视觉刺激，所以，字符A、B、C、D、E和F的时间编码是特定的、且各不相同的，同理，子界面II，III和IV中字符的时间编码亦是如此；对于任意子界面中的任意一个字符，都能在其他任意一个子界面中找到唯一一个与其时间编码一致的字符，其中，字符A、M、G和S的时间编码是一样的。