【技术实现步骤摘要】
一种基于触觉感受校准的想象运动解码方法
[0001]本专利技术涉及想象运动脑机接口解码领域,尤其是涉及一种基于触觉感受校准的想象运动解码方法。
技术介绍
[0002]脑机接口直接从脑电信号中解码运动意图,以进行外部设备控制。脑机接口可以帮助中风患者与外界交流并控制假肢,利用神经可塑性进行神经康复训练。自从1970年代提出脑机接口以来,已经开发了各种脑机接口系统。基于EEG脑电图的非侵入式脑机接口因其高安全性而受到广泛关注。基于EEG脑电图的脑机接口主要分为三种类型,基于视觉诱发P300信号的脑机接口、基于稳态视觉诱发电位的脑机接口和基于运动想象节律的脑机接口。前两种脑机接口都需要外部视觉刺激,占据视觉通道。而基于想象运动的脑机接口完全由用户内心的自发活动产生,不影响视觉交互,对于失去视觉能力的人来说非常重要。
[0003]然而,基于运动想象的脑机接口仍然存在解码精度低、校准过程时间长等问题。近年来,已经有很多校准方法来提高想象运动的解码性能。如常见的空间模式算法和流行的深度学习算法。但是,由于脑电数据的非平稳性和低信噪比,这些算法的性能提升有限。另一个阻拦基于想象运动的脑机接口广泛应用的问题是脑机接口的校准阶段所需时间较长。脑电信号具有非平稳性,用户需要一定时间重新采集训练数据训练模型,否则解码准确率会随着时间下降。
[0004]为了让脑机接口得到广泛应用,如何更加准确的解码和更加快速的校准是两个急需解决的问题。主动运动、被动运动、功能性电刺激和想象运动诱发的大脑激活模式具有相似性,基于此已经开发出校
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)设置触觉刺激装置,将触觉刺激施加到受试者左手腕或右手腕的背侧,使用线性共振致动器来产生触觉刺激,刺激的频率为27Hz;(2)设置EEG脑电设备来记录EEG信号,整个记录过程中,电极阻抗低于10KΩ,原始信号以500Hz的频率进行数字采样,并使用0.5
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70Hz之间的带宽滤波器和48~52Hz的凹陷滤波器对原始信号进行滤波;(3)利用触觉刺激装置和EEG脑电设备,采集受试者的纯想象运动数据,以及触觉感受辅助的想象运动数据;(4)使用公共空间模式算法提取脑电数据特征,训练分类器,用于对脑电数据特征进行分类;其中,触觉感受辅助的想象运动数据作为训练集;(5)将训练好的分类器用于纯想象运动解码。2.根据权利要求1所述的基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的线性共振致动器采用压电陶瓷刺激器。3.根据权利要求1所述的基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,步骤(2)中,EEG脑电设备采用64通道无线NeuSenW64 EEG系统,使用具有64个通道的EEG帽,电极按照10
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20国际系统排列,参考电极为CPz,接地电极为AFz。4.根据权利要求1所述的基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,步骤(3)中,采集受试者的纯想象运动数据时,想象运动范式设计如下:在整个过程中,受试者要求安静地坐在椅子上,面对一块电脑屏幕;受试者将手放在扶手上,同时保持身体不动,不要产生面部和手部肌肉运动,并且在每个任务期间不要眨眼;触觉刺激器缠绕在受试者的手腕上并放置在手腕的背侧外侧;屏幕背景为黑色,每次试验开始时,t=0秒,屏幕中央出现一个白色十字,受试者需要注视十字;在t=2秒,一个持续时间为200毫秒的触觉刺激同时作用于双手,以提醒受试者任务即将开始;在t=3秒,一个红色提示条叠加在白色十字上,它随机出现在左侧或右侧;当红色提示条出现在左侧时,受试者需要执行左手想象运动任务;当红色提示条出现在右侧时,受试者需要执行右手想象运动任务;红色提示条的持续时间为1.5秒,即红色提示条在t=4.5秒时消失;从红色提示条的出现受试者持续执行想象运动任务5秒直到白色十字在t=8秒时消失;最后,有一段随机的长度为1.5到3.5秒之间的时间让受试者休息并限制受试者适应效应。5.根据权利要求4所述的基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,步骤(3)中,采集受试者触觉感受辅助的想象运动数据时,触觉感受范式设计如下:触觉刺激器缠绕在受试者的手腕上并放置在手腕的背侧外侧;屏幕背景为黑色,每次试验开始时,t=0秒,屏幕中央出现一个白色十字,受试者需要注视十字;在t=2秒,一个持续时间为200毫秒的触觉刺激同时作用于双手,以提醒受试者任务即将开始;在t=3秒,一个红色提示条叠加在白色十字上,它随机出现在左侧或右侧;当红色提示条出现在左侧时,受试者执行触觉刺激辅助的左手想象运动任务,其中受试者想象左手的运动,专注于左手,然后感觉到左手的触觉刺激;当红色提示条出现在右侧时,受试者需要执行刺激辅助右手想象运动任务,其中受试者想象右手的运动,将注意力集中在右手,并感受右手的触觉刺激;红色提示条的持续时间为1.5秒,即红色提示条在t=4.5秒时消失;从红色提示条出现时,左右手的执行器振动,触觉刺激持续5秒,此过程中受试者持续
执行想象运动任务5秒直到白色十字在t=8秒时消失;最后,有一段随机的长度为1.5到3.5秒之间的时间让受试者休息并限制受试者适应效应。6.根据权利要求1所述的基于触觉感受校准的想象运动解码方法,其特征在于,步骤(4)中,使用公共空间模式算法提取脑电数据特征的具体过程为:以数据驱动的方式寻找两类最可分离的线性投影方向,在这些方向上,两类之间的区别信息被最大化,公共信息被最小化,两类之间...
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