本發(fā)明涉及人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口方法。

背景技術(shù)：

腦-機(jī)接口(brain computer interface，BCI)系統(tǒng)是一種不需要外周神經(jīng)與肌肉參與的通訊系統(tǒng)，它旨在建立人腦與外部世界直接交流的通道，通過提取特征性腦電信號，從而將識別出的大腦指令或者信息傳遞給被控制的外部設(shè)備，最終完成大腦對外部設(shè)備的直接控制。

視力具有生理和心理學(xué)屬性，視力檢查所反映出的結(jié)果是由高級視中樞(大腦)對視力視標(biāo)刺激進(jìn)行復(fù)雜處理和分析后做出的綜合判斷，在判斷過程中就會產(chǎn)生相應(yīng)的腦電信號。腦電信號通常采用非侵入式頭皮腦電記錄獲得。視覺誘發(fā)電位是BCI經(jīng)常使用的一種信號，它是大腦視皮層對于外界大于6Hz閃爍刺激的響應(yīng)信號，通過提取枕區(qū)的腦電信號可以獲得。相對于其它信號的BCI系統(tǒng)，基于視覺誘發(fā)電位的BCI通常具有更高的信息傳輸率、時(shí)間分辨率、系統(tǒng)簡便等優(yōu)點(diǎn)。為了使BCI系統(tǒng)更便捷實(shí)用，使用電腦顯示屏來顯示圖片作為刺激手段有其優(yōu)越性，許多視力表投影儀及電腦視力表等都采用了電腦顯示的手段。

在視覺BCI方面，中國專利“基于左右視野兩個頻率刺激的穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)腦機(jī)接口方法”(申請?zhí)枮?00910076209.5)采用左右視野雙頻刺激的目標(biāo)呈現(xiàn)方式，能實(shí)現(xiàn)的刺激目標(biāo)數(shù)目有很大提高，但目前所有視覺BCI所提取的腦電信號都是被測試者主動參與條件下所產(chǎn)生的腦電信號，即目前探測視標(biāo)大小識別過程都需要被試者的主觀配合，產(chǎn)生的結(jié)果是主動注意加工過程的大腦變化，而缺乏建立大腦自動加工的視標(biāo)刺激序列及與其相對應(yīng)的視力非注意加工視覺BCI。

鑒于上述原因，本發(fā)明人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)建一種新型視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口方法，建立視力視標(biāo)事件相關(guān)電位(event related potential，ERP)刺激序列和采集方法，研究大腦對視力視標(biāo)大小變化感知過程的反應(yīng)并建立自動加工過程的腦-機(jī)接口，本發(fā)明為建立腦機(jī)對應(yīng)的信息交互并開發(fā)相應(yīng)的視敏度自動識別儀器設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明公開了一種視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口方法，包括以下步驟：

(1)制作視力表視標(biāo)刺激圖片，并存儲于事件相關(guān)電位處理裝置中；

(2)將事件相關(guān)電位處理裝置與檢測腦電信號的放大器及多導(dǎo)聯(lián)電極帽連接；

(3)設(shè)定事件相關(guān)電位處理裝置中視標(biāo)刺激圖片對用戶的視覺刺激參數(shù)；

(4)在用戶進(jìn)行視覺刺激的同時(shí)對用戶施加聽覺刺激；

(5)通過多導(dǎo)聯(lián)電極帽及放大器采集步驟(4)過程中用戶的視覺非注意事件相關(guān)電位的原始腦電信號；

(6)應(yīng)用事件相關(guān)電位處理裝置對原始腦電信號處理和分析，得到不同視敏度視標(biāo)刺激用戶所引出的事件相關(guān)的波形圖；

(7)根據(jù)波形圖建立腦電信號與視敏度的相關(guān)性，建立視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，視力表視標(biāo)刺激圖片與視力表視角相對應(yīng)。

進(jìn)一步的，在步驟(3)中，視覺刺激參數(shù)對應(yīng)的刺激序列包括閾上水平、閾值水平、閾下水平，每組刺激序列包括標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激，標(biāo)準(zhǔn)刺激與偏差刺激的視標(biāo)的朝向不同。

進(jìn)一步的，視覺刺激參數(shù)包括每個視標(biāo)刺激圖片呈現(xiàn)的時(shí)間、相鄰兩個視標(biāo)刺激圖片出現(xiàn)的間隔時(shí)間、刺激次數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激出現(xiàn)的概率。

進(jìn)一步的，每個視標(biāo)刺激圖片呈現(xiàn)的時(shí)間為100-300ms、相鄰兩個視標(biāo)刺激圖片出現(xiàn)的間隔時(shí)間為300-800ms，每個視標(biāo)刺激次數(shù)為180-300次，標(biāo)準(zhǔn)刺激出現(xiàn)的概率為70％-90％，偏差刺激出現(xiàn)的總概率為10％-30％。

進(jìn)一步的，標(biāo)準(zhǔn)刺激與偏差刺激的視標(biāo)的朝向?yàn)橄蛏?、向下、向左或向右?/p>

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，事件相關(guān)電位處理裝置計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，視標(biāo)刺激圖片為根據(jù)LogMAR視力表制作出呈現(xiàn)在處理裝置中與相應(yīng)視敏度視角相同的圖片。

進(jìn)一步的，閾值水平的視標(biāo)刺激圖片大小與用戶常規(guī)視力表檢查的標(biāo)準(zhǔn)視標(biāo)大小一致，閾上水平代表用戶標(biāo)準(zhǔn)視力視標(biāo)的上一行視標(biāo)，閾下水平代表用戶標(biāo)準(zhǔn)視力視標(biāo)的下一行視標(biāo)。

進(jìn)一步的，在步驟(2)中，多導(dǎo)聯(lián)電極帽為16-64導(dǎo)聯(lián)電極帽；放大器為16-64導(dǎo)腦電信號放大系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，在步驟(4)中，用戶與視標(biāo)刺激圖片的距離為1m-5m。

進(jìn)一步的，在步驟(4)中，用戶眼睛水平直視視覺刺激，選擇單眼活動，遮蔽非實(shí)驗(yàn)用眼。

進(jìn)一步的，步驟(4)在暗室中進(jìn)行。

進(jìn)一步的，在步驟(4)中，用戶需要回答關(guān)于聽覺刺激內(nèi)容的相關(guān)問題。

進(jìn)一步的，在步驟(5)中，采用國際10-20腦電記錄系統(tǒng)電極分布采集該過程中用戶的非注意事件相關(guān)電位的原始腦電信號。

進(jìn)一步的，在步驟(6)中，對原始腦電信號進(jìn)行處理和分析包括步驟：腦電預(yù)覽、去除眼電和肌電偽跡，腦電分段、基線校正、去除偽跡、疊加平均、數(shù)字濾波和平滑化處理，保存并進(jìn)行總平均后進(jìn)行波形的識別與測量。

進(jìn)一步的，在步驟(6)中，對所有成分以刺激起始點(diǎn)到波峰頂點(diǎn)之間的時(shí)間段作為其潛伏期，對于P1、N1、P2成分，波幅的測量采用基線—波峰的方法，vMMN和P3a成分波幅用相應(yīng)時(shí)間窗內(nèi)的平均波幅進(jìn)行分析。

進(jìn)一步的，在步驟(6)中，閾上水平的視標(biāo)刺激圖片刺激產(chǎn)生的腦電信號強(qiáng)度高于閾值水平的腦電信號強(qiáng)度，閾值水平的視標(biāo)刺激圖片刺激產(chǎn)生的腦電信號強(qiáng)度高于閾下水平的腦電信號強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，在步驟(7)中，根據(jù)用戶自身的波形圖比對判斷出視敏度的大小，從而建立腦電與視敏度的相關(guān)性。

進(jìn)一步的，視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口應(yīng)用于視敏度自動識別的設(shè)備開發(fā)或腦機(jī)交互的電子娛樂。

借由上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

針對目前缺少視力非注意加工的腦-機(jī)接口，本發(fā)明以“視覺信息加工的生理和心理學(xué)屬性，以及高級視中樞可對刺激進(jìn)行非注意處理和分析”為理論依據(jù)，設(shè)計(jì)與視力相關(guān)的不同視覺刺激信息，記錄出高級視中樞的視標(biāo)視角非注意加工ERP成分，通過自身比對方法，分析其與視覺刺激信息的對應(yīng)關(guān)系，建立視力ERP腦-機(jī)接口；本發(fā)明可幫助自動評價(jià)用戶的視力是否可以看清視標(biāo)并反饋控制電腦等顯示設(shè)備，使電腦等顯示設(shè)備達(dá)到能夠自動調(diào)整大小的目的，也可用于新型腦機(jī)交互的電子娛樂；應(yīng)用本發(fā)明的方法，可以建立視覺信息與大腦自動處理過程中產(chǎn)生的ERP波形進(jìn)行交互對應(yīng)識別，建立視敏度自動識別ERP非注意加工腦-機(jī)接口，為視力的客觀檢測提供新的技術(shù)手段，克服需要主觀配合的缺點(diǎn)，降低視覺信息交互難度，提高視覺功能檢查的客觀性，本發(fā)明開發(fā)相應(yīng)的視覺功能儀器檢測設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用前景，可為臨床、眼視光和司法鑒定行業(yè)服務(wù)，并將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下為本發(fā)明的實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明視力視標(biāo)刺激非注意加工ERP檢測實(shí)施流程圖；

圖2是本發(fā)明刺激序列模式圖；

圖3是本發(fā)明腦電記錄系統(tǒng)電極分布示意圖；

圖4是用戶在不同視角的視標(biāo)刺激下的ERP波形圖；

圖5是不同距離視力表視標(biāo)圖片與視角視標(biāo)的換算關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的視敏度自動識別的非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口方法，包括以下步驟：

(1)制作視力表視標(biāo)刺激圖片，并存儲于事件相關(guān)電位處理裝置中；

(2)將處理裝置與檢測腦電信號的放大器及多導(dǎo)聯(lián)電極帽連接；

(3)設(shè)定處理裝置中視標(biāo)刺激圖片對用戶的視覺刺激參數(shù)；

(4)在用戶進(jìn)行視覺刺激的同時(shí)對用戶施加聽覺刺激；

(5)通過多導(dǎo)聯(lián)電極帽及放大器采集步驟(4)過程中用戶的非注意事件相關(guān)電位的原始腦電信號；

(6)應(yīng)用處理裝置對原始腦電信號處理和分析，得到不同視敏度視標(biāo)刺激用戶所引出的事件相關(guān)的波形圖；

(7)根據(jù)波形圖建立腦電與視敏度的相關(guān)性，進(jìn)而建立視敏度自動識別非注意事件相關(guān)電位腦-機(jī)接口，具體實(shí)施方式如下：

圖1是本發(fā)明視力視標(biāo)刺激非注意加工ERP檢測實(shí)施流程圖。首先選用LogMAR視力表的翻轉(zhuǎn)E字視標(biāo)(即開口/朝向不同的E字)，根據(jù)相關(guān)視力表國標(biāo)，制作在電子設(shè)備顯示屏中視標(biāo)大小與2m的識別距離相匹配的視標(biāo)，從0.1-1.0共11組大小的E字視標(biāo)，各自包括朝向?yàn)橄蛏稀⑾蛳?、向左、向右的視?biāo)，并通過受試者的盲測來確定顯示屏中的視角與受試者的主觀視力相匹配。表1為不同距離視力表視標(biāo)圖片與視角視標(biāo)的換算關(guān)系。

采用跨通道視覺Oddball三刺激非注意實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，刺激序列包括閾上水平、閾值水平、閾下水平；其中閾值水平視?biāo)與受試者常規(guī)視力表檢查的標(biāo)準(zhǔn)視標(biāo)一致，閾上水平代表受試者標(biāo)準(zhǔn)視力視標(biāo)的上一行視標(biāo)大小，閾下水平代表受試者標(biāo)準(zhǔn)視力視標(biāo)的下一行視標(biāo)大小。每組刺激序列包括標(biāo)準(zhǔn)刺激(朝向?yàn)橛业腅字)、第一偏差刺激(朝向?yàn)樽蟮腅字)、第二偏差刺激(朝向?yàn)樯系腅字)、第三偏差刺激(朝向?yàn)橄碌腅字)四種類型，出現(xiàn)概率分別為70％、10％、10％、10％。視標(biāo)呈現(xiàn)時(shí)間為300ms，相鄰兩個視標(biāo)刺激間隔時(shí)間為500ms，視標(biāo)刺激共出現(xiàn)240次。

將32多導(dǎo)聯(lián)電極帽戴在受試者頭上，采用國際10-20腦電記錄系統(tǒng)電極分布方式(如圖3所示)采集以下過程中用戶的非注意事件相關(guān)電位的原始腦電信號。圖3中，Cz電極為冠狀線與矢狀線的交點(diǎn)，Oz電極為枕骨粗隆中線上方1.5cm～3cm處，F(xiàn)z電極為前額正中鼻根部上方1.5cm～3cm處。然后受試者坐于暗室的靠背椅上，眼角膜與電視屏中心等高，即眼睛水平直視于顯示屏中央。被試實(shí)驗(yàn)眼單眼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用遮蓋物遮蔽非實(shí)驗(yàn)用眼。刺激序列隨機(jī)呈現(xiàn)在電腦屏幕上，與此同時(shí)要求被試認(rèn)真注意聽覺刺激聲音“ne”并進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)眼睛平視前方屏幕中央即可，結(jié)束后讓被試者回答聽覺刺激出現(xiàn)的次數(shù)。

對采集的ERP波形進(jìn)行腦電預(yù)覽、去除眼電和肌電等偽跡后，進(jìn)行腦電分段、基線校正、去除偽跡、疊加平均、數(shù)字濾波和平滑化處理等，保存并進(jìn)行總平均后進(jìn)行波形的識別與測量，最后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對所有成分以刺激起始點(diǎn)到波峰頂點(diǎn)之間的時(shí)間段作為其潛伏期，對于P1、N1和P2等早期成分，波幅的測量采用基線－波峰的方法，vMMN和P3a成分波幅用相應(yīng)時(shí)間窗內(nèi)的平均波幅進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖4是用戶在不同視角的視標(biāo)刺激下的ERP波形圖，分析結(jié)果表明：閾上視標(biāo)(大視標(biāo))能夠采集到峰值較高的波形，閾值視標(biāo)同樣可以采集到相應(yīng)的ERP波形，而閾下視標(biāo)(小視標(biāo))無法引出相應(yīng)的ERP波形，可見該刺激序列模式下很好地區(qū)分出視力視標(biāo)的大小，即視標(biāo)大小與刺激產(chǎn)生的腦電信息相匹配，測試過程中不需要被試者的主觀配合，根據(jù)被試者大腦對視標(biāo)大小的非注意自動識別加工，能夠輕易檢測出不同視角視標(biāo)刺激被試者所產(chǎn)生的腦電變化，說明本發(fā)明能夠建立非注意加工腦-機(jī)接口。

本發(fā)明涉及視覺腦機(jī)接口中的視覺刺激呈現(xiàn)方法，利用“視覺信息加工的生理和心理學(xué)屬性以及高級視中樞可對刺激進(jìn)行非注意處理和分析”的原理，通過三個相鄰或鄰近的視力表的視標(biāo)進(jìn)行頻率組合出6種不同的目標(biāo)；在聽覺干擾情況下通過腦電采集設(shè)備在腦區(qū)記錄到多導(dǎo)腦電信號后，用相關(guān)分析法識別出被試者能夠識別的是哪些目標(biāo)，并可根據(jù)采集的腦電信號確定其能夠識別的最小視標(biāo)視角。本發(fā)明的視力視標(biāo)呈現(xiàn)方法可用普通計(jì)算機(jī)屏幕顯示器實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)大小、亮度容易控制，與其他視覺誘發(fā)腦-機(jī)接口相比，可實(shí)現(xiàn)非注意情況下的自動識別，從而建立視覺非注意腦-機(jī)交互。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。