一种闭环脑电调控方法及系统技术方案

本申请提供一种闭环脑电调控方法及系统，所述方法包括如下步骤：接收实验对象的脑电信号；预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号；计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值；对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位；根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控。本申请通过实时采集分析实验对象的脑电信号，使用闭环超声刺激技术，实现以脑电θ节律作为标志物对实验对象进行脑电调控。行脑电调控。行脑电调控。

【技术实现步骤摘要】
一种闭环脑电调控方法及系统


[0001]本申请涉及超声刺激神经调控
，尤其涉及一种闭环脑电调控方法及系统。

技术介绍

[0002]脑神经调控技术是利用光、磁、电、超声等物理或化学等外部技术手段改变脑部内源神经信号传递，从而引起脑功能变化的重要方法。其中超声神经调控是一种新型的脑刺激技术，相对于其他传统的电、磁、光神经刺激技术而言，具有方向性强、穿透深度大、靶点控制准确和无创等优点，因而近年来超声无创脑神经调控技术倍受神经科学领域学者的关注。
[0003]超声作为神经调控技术，可以广泛应用于细胞、啮齿类动物、非人灵长类动物及人类的神经调控研究中，是一种理想的神经调控工具。然而，和电刺激神经调控技术不同，在之前的经颅超声刺激研究中，还很少出现闭环超声系统的使用，在调控时不能在刺激的过程中根据对象的特征情况实时改变刺激参数。
[0004]此外，在哺乳动物的脑电中一个很重要的节律就是θ节律，θ节律是由海马中间神经元和锥体神经元在局部的相互作用产生的，θ节律对多个类型的学习和记忆过程起到关键的作用，同时对突触可塑性的调节作用也至关重要。然而，现有的闭环脑电调控方法均未考虑θ节律。为此，本申请提出一种闭环脑电调控方法及系统。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是针对以上问题，提供一种闭环脑电调控方法及系统。
[0006]第一方面，本申请提供一种闭环脑电调控方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]接收实验对象的脑电信号；
[0008]预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号；
[0009]计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值；
[0010]对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位；
[0011]根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控。
[0012]根据本申请某些实施例提供的技术方案，预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号，具体包括如下步骤：
[0013]对所述脑电信号进行降采样、50Hz陷波去噪和4
‑
200Hz滤波处理，得到预处理脑电信号。
[0014]根据本申请某些实施例提供的技术方案，计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值，具体包括如下步骤：
[0015]对所述预处理脑电信号进行4
‑
8Hz滤波，得到θ节律脑电信号；
[0016]计算处理所述预处理脑电信号和所述θ节律脑电信号，得到所述脑电特征值。
[0017]根据本申请某些实施例提供的技术方案，对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位，具体包括如下步骤：
[0018]计算所述脑电特征值和预设期望值的误差，并按照控制策略得到超声调控参数；
[0019]采用希尔波尔变换计算所述θ节律脑电信号的θ节律相位；
[0020]根据θ节律相位和预测模型预测所述θ节律脑电信号的θ节律设定刺激相位。
[0021]根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述控制策略为广义最小方差控制策略。
[0022]根据本申请某些实施例提供的技术方案，根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控，具体包括如下步骤：
[0023]根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位生成第一控制波形信号；
[0024]放大处理所述第一控制波形信号，得到第二控制波形信号；
[0025]将所述第二控制波形信号使能为超声波信号输出；
[0026]将所述超声波信号限定在设定空间范围内并向所述实验对象发射。
[0027]第二方面、本申请提供一种上述闭环脑电调控方法的闭环脑电调控系统，包括：
[0028]处理模块，配置用于接收并预处理所述实验对象的脑电信号，以得到预处理脑电信号，还配置用于计算处理所述预处理脑电信号，以得到θ节律脑电信号和脑电特征值；
[0029]控制模块，配置用于对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，以得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位；
[0030]超声刺激模块，配置用于根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控。
[0031]根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述处理模块包括：
[0032]预处理模块，配置用于接收所述脑电信号，并对所述脑电信号进行降采样、陷波去噪和滤波处理，以得到预处理脑电信号；
[0033]θ节律脑电计算模块，配置用于对所述预处理脑电信号进行4
‑
8Hz滤波，得到θ节律脑电信号；
[0034]脑电特征值计算模块，配置用于计算处理所述预处理脑电信号和所述θ节律脑电信号，得到所述脑电特征值。
[0035]根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述控制模块包括：
[0036]θ节律相位预测模块，配置用于采用希尔波尔变换计算所述θ节律脑电信号的θ节律相位，还配置用于根据θ节律相位和预测模型预测所述θ节律脑电信号的θ节律设定刺激相位；
[0037]超声调控参数计算模块，配置用于计算所述脑电特征值和预设期望值的误差，并按照控制策略得到超声调控参数。
[0038]根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述超声刺激模块包括：
[0039]信号发生模块，配置用于根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位生成第一控制波形信号；
[0040]功率放大模块，配置用于放大处理所述第一控制波形信号，得到第二控制波形信号；
[0041]超声换能模块，配置用于将所述第二控制波形信号使能为超声波信号输出；
[0042]准直模块，配置用于将所述超声波信号限定在设定空间范围内并向所述实验对象发射。
[0043]与现有技术相比，本申请的有益效果：本申请提供的闭环脑电调控方法包括：接收实验对象的脑电信号；预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号；计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值；对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位；根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控；本申请通过实时采集分析实验对象的脑电信号，使用闭环超声刺激技术，实现以脑电θ节律作为标志物对实验对象进行脑电调控。
[0044]θ节律的频段在4
‑
8Hz，周期在125
‑
250ms，方便在存在ms级设备运算延迟情况下，保证脑电闭环调控中的刺激准确度；脑电θ节律作用于学习和记忆过程，以脑电θ节律作为标志物进行闭环脑电调控，能够进一步调节学习记忆相关的神经作用机制和可塑性神经通路，有利于研究改善实验对象的学习记忆和认知功能。
附图说明
[0045]图1为本申请实施例1提供的闭环脑电调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭环脑电调控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：接收实验对象的脑电信号；预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号；计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值；对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位；根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控。2.根据权利要求1所述的闭环脑电调控方法，其特征在于，预处理所述脑电信号，得到预处理脑电信号，具体包括如下步骤：对所述脑电信号进行降采样、50Hz陷波去噪和4
‑
200Hz滤波处理，得到预处理脑电信号。3.根据权利要求1所述的闭环脑电调控方法，其特征在于，计算处理所述预处理脑电信号，得到θ节律脑电信号和脑电特征值，具体包括如下步骤：对所述预处理脑电信号进行4
‑
8Hz滤波，得到θ节律脑电信号；计算处理所述预处理脑电信号和所述θ节律脑电信号，得到所述脑电特征值。4.根据权利要求1所述的闭环脑电调控方法，其特征在于，对所述θ节律脑电信号和所述脑电特征值进行处理，得到超声刺激参数和θ节律设定刺激相位，具体包括如下步骤：计算所述脑电特征值和预设期望值的误差，并按照控制策略得到超声调控参数；采用希尔波尔变换计算所述θ节律脑电信号的θ节律相位；根据θ节律相位和预测模型预测所述θ节律脑电信号的θ节律设定刺激相位。5.根据权利要求4所述的闭环脑电调控方法，其特征在于，所述控制策略为广义最小方差控制策略。6.根据权利要求1所述的闭环脑电调控方法，其特征在于，根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位，对所述实验对象发出超声刺激以进行脑电调控，具体包括如下步骤：根据所述超声刺激参数和所述θ节律设定刺激相位生成第一控制波形信号；放大处理所述第一控制波形信号，得到第二控制波形信号；将所述第二控制波形信号使能为超声波信号输出；将所述超声波信号限定...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁毅，谢振宇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：