CN106445140A - 静视野自动识别的非注意事件相关电位脑‑机接口方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静视野自动识别的非注意事件相关电位脑‑机接口方法，包括以下步骤：根据视野计标准设置视屏；将视屏与检测脑电信号的放大器及多导联电极帽连接；在视屏的不同方位上显示静视野刺激图标，同时对用户施加听觉刺激，通过放大器及多导联电极帽采集相应的脑电信号；对脑电信号进行处理和分析，得到非注意加工事件相关电位波形，将产生非注意加工事件相关电位波形的刺激图标进行时空标记，最后溯源出静视野范围，建立静视野自动识别的非注意事件相关电位脑‑机接口。本发明建立了静视野自动识别的ERP脑‑机接口，为客观划定用户的视野范围提供了新方法，克服了需要用户主观配合的缺点。

Description

静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法
技术领域
本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法。
背景技术
静视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛注视前方时所能看到的全部空间范围，常用角度来表示。正常眼的静态视野范围为：颞侧最大，正下次之，鼻侧稍小，正上最小。八个方位静态视野度数正常值分别为：颞侧85°，颞下85°，正下65°，鼻下50°，鼻侧60°，鼻上55°，正上45°，颞上55°，合计500°。视野检查属于心理物理学检查，反映的是被试者的主观感觉，在主观感觉过程中会产生相应的脑电信号。目前视野检查一般通过自动视野计来完成，自动视野计由电脑程序控制检测过程，无检测人员人为操作的偏差，但是需要被试者配合应答。所以需要一种自动应答的脑-机接口(brain computer interface，BCI)系统来实现真正的自动视野识别，为脑-机交互提供技术支持。
BCI系统是一种不需要外周神经与肌肉参与的通讯系统，它旨在建立人脑与外部世界直接交流的通道，通过提取特征性脑电信号，从而将识别出的大脑指令或者信息传递给被控制的外部设备，最终完成大脑对外部设备的直接控制。相对于其它信号的BCI系统，基于视觉诱发电位的BCI通常具有更高的信息传输率、时间分辨率、系统简便等优点。目前所有视觉BCI所提取的脑电信号都是被测试者主动参与条件下所产生的脑电信号，即目前静视野视标识别过程都需要被试者的主观配合，产生的结果是主动注意加工过程的大脑变化，而缺乏大脑自动加工的静视野视标刺激序列及与其相对应的非注意加工视觉BCI。
鉴于上述原因，本发明人积极加以研究创新，以期创建一种新型静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，本方法通过建立视野视标事件相关电位(ERP)刺激序列和采集方法，研究大脑对在不同视野区域显现的视标变化自动感知过程的反应，进而建立自动判断视野区域分布的脑-机接口。
本发明的公开了一种静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，包括以下步骤：
(1)根据视野计标准设置视屏；
(2)将视屏与检测脑电信号的放大器及多导联电极帽连接；
(3)在视屏的不同方位上显示静视野刺激图标，同时对用户施加听觉刺激，通过放大器及多导联电极帽采集相应的脑电信号；
(4)对脑电信号进行处理和分析，得到非注意加工事件相关电位波形，将产生非注意加工事件相关电位波形的相应刺激图标进行时空标记，最后溯源出静视野范围，建立静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口。
进一步的，在步骤(3)中，设计刺激图标的刺激参数，刺激参数包括刺激图标的形状、大小、颜色、亮度、显示时间以及相邻刺激图标出现的间隔时间。
进一步的，刺激图标为圆形、三角形或矩形，刺激图标的颜色为白色，亮度在10-26db范围内递增。
进一步的，圆形刺激图标的直径为3mm-5mm。
进一步的，刺激图标的显示时间为0.1-0.5秒，相邻刺激图标出现的间隔时间为0.5-1.0秒。
进一步的，在步骤(1)中，视屏为半球形视屏或平面视屏。
进一步的，在步骤(1)中，半球形视屏的半径为30cm，平面视屏的宽为30cm，平面视屏的长为40～50cm，视屏的背景光为31.5asb。
进一步的，在步骤(2)中，多导联电极帽为16～64多导联电极帽。
进一步的，在步骤(3)中，用户与视屏的距离为10-40cm。
进一步的，在步骤(3)中，刺激图标先在盲点区闪烁，生理盲点定位后，刺激图标随机呈现在视屏上。
进一步的，在步骤(3)中，在视屏的颞侧85°、颞下85°、正下65°、鼻下50°、鼻侧60°、鼻上55°、正上45°和颞上55°范围内出现刺激图标。
进一步的，在步骤(3)中，刺激图标的亮度以1.0-1.25倍呈递进变化。
进一步的，在步骤(3)中，固定用户下颌，选择单眼活动，注视显示屏，遮蔽非实验用眼。
进一步的，步骤(3)在暗室中进行。
进一步的，在步骤(3)中，采用国际10-20脑电记录系统电极分布采集该过程中用户的脑电信号。
进一步的，在步骤(4)中，对脑电信号进行处理和分析包括步骤：脑电预览、去除眼电和肌电伪迹，脑电分段、基线校正、去除伪迹、叠加平均、数字滤波和平滑化处理，保存并进行总平均后进行波形的识别与测量。
进一步的，静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口应用于静视野范围的检测设备或脑-机交互的电子娱乐。
借由上述方案，本发明具有以下优点：
针对目前缺少视野非注意加工的脑-机接口，本发明以“视觉信息加工的生理和心理学属性，以及高级视中枢可对刺激进行非注意处理和分析”为理论依据，设计与视野分布相关的等频动态视觉刺激信息，记录出高级视中枢的非注意加工ERP成分，通过区域显现分析方法，建立视野ERP脑-机接口；应用本发明所设计的技术方法，可以建立视野信息与大脑自动处理过程中产生的ERP波形进行交互对应识别，建立视野ERP非注意加工脑-机接口，为视野的客观检测提供新的技术手段，克服了需要主观配合的缺点，降低视觉信息交互难度，提高视觉功能检查的客观性，为建立脑机对应的信息交互、开发相应的仪器检测设备具有十分重要的意义和广泛的应用前景，可为临床、眼视光和司法鉴定行业服务，将产生巨大的社会效益和经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下为本发明的实施例，并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明静态视野刺激的显现示意图；
图2是本发明脑电记录系统电极分布示意图；
图3为不同方位静态视野刺激所引出的ERP波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，包括以下步骤：
(1)根据视野计标准设置半球形视屏或平面视屏；
(2)将视屏与检测脑电信号的放大器及多导联电极帽连接；
(3)在视屏的不同方位上显示静视野刺激图标，同时对用户施加听觉刺激，通过放大器及多导联电极帽采集相应的脑电信号；
(4)对脑电信号进行处理和分析，得到非注意加工事件相关电位波形，将产生事件相关电位波形的相应刺激图标进行时空标记，最后溯源出静视野范围，建立静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口。具体实施方式如下：
本发明的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，步骤如下：
根据Goldmann视野计标准设置半球形视屏，半球屏的半径为30cm，背景光为31.5asb，根据视野子午线分布，在八个方位静态视野度数正常值(颞侧85°，颞下85°，正下65°，鼻下50°，鼻侧60°，鼻上55°，正上45°，颞上55°)范围内，随机出现亮度在10-26db范围内递进变化(以1.25倍变换)、大小为5mm的白色光标，光标呈现时间及间隔均为0.5秒，如图1所示。
将32导联电极帽戴在受试者头上，采用国际10-20脑电记录系统电极分布(图2)，Cz电极为冠状线与矢状线的交点，Oz电极为枕骨粗隆中线上方1.5cm～3cm处，Fz电极为前额正中鼻根部上方1.5cm～3cm处。然后令受试者坐于暗室的检测椅上，下颌固定于下颌托上，检测被试眼，遮蔽另一只眼。白色光标先在盲点区闪烁，生理盲点定位后白色光标随机呈现在屏幕上，被试者睁眼即可，同时对用户施加听觉刺激，以使用户忽略静视野刺激。
对采集的ERP波形进行脑电预览、去除眼电和肌电等伪迹后，进行脑电分段、基线校正、去除伪迹、叠加平均、数字滤波和平滑化处理等，保存并进行总平均后进行波形的识别与测量，最后进行统计分析。图3为不同静态视野刺激所引出的ERP波形示意图，如图3所示，在被试者大脑产生非注意加工ERP波形的点均为可视点，未引出波形的点为盲点。根据产生ERP波形的测试点进行连线，能够很好地显示出被试者的视野范围，该过程中不需要被试者的主观配合。
本发明涉及视觉脑-机接口中的视野标识方法，利用“视觉信息加工的生理和心理学属性以及高级视中枢可对刺激进行非注意处理和分析”的原理，通过静态视野图子午线上随机视野刺激的方式，通过脑电采集设备在脑区记录到视野刺激图标所诱导出的多导脑电信号，用相关分析法识别出被试者能够识别的是哪些目标，并可根据获得的脑电信号确定其能够识别的静视野范围。与其他视觉诱发脑-机接口相比，本发明的方法是在非注意情况下自动识别用户的静视野范围，从而建立视野非注意脑-机接口。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据视野计标准设置视屏；
(2)将所述视屏与检测脑电信号的放大器及多导联电极帽连接；
(3)在所述视屏的不同方位上显示静视野刺激图标，同时对用户施加听觉刺激，通过所述放大器及所述多导联电极帽采集相应的脑电信号；
(4)对所述脑电信号进行处理和分析，得到非注意加工事件相关电位波形，将产生所述非注意加工事件相关电位波形的相应刺激图标进行时空标记，最后溯源出静视野范围，建立所述静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口。
2.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：在步骤(3)中，设计所述刺激图标的刺激参数，所述刺激参数包括所述刺激图标的形状、大小、颜色、亮度、显示时间以及相邻所述刺激图标出现的间隔时间。
3.根据权利要求2所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：所述刺激图标为圆形、三角形或矩形，所述刺激图标的颜色为白色，亮度在10-26db范围内递增。
4.根据权利要求3所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：所述刺激图标的显示时间为0.1-0.5秒，相邻所述刺激图标出现的间隔时间为0.5-1.0秒。
5.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述视屏为半球形视屏或平面视屏。
6.根据权利要求5所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：所述半球形视屏的半径为30cm，所述平面视屏的宽为30cm，所述平面视屏的长为40～50cm，所述视屏的背景光为31.5asb。
7.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述多导联电极帽为16～64多导联电极帽。
8.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述刺激图标先在盲点区闪烁，生理盲点定位后，所述刺激图标随机呈现在所述视屏上。
9.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于：在步骤(3)中，在所述视屏的颞侧85°、颞下85°、正下65°、鼻下50°、鼻侧60°、鼻上55°、正上45°和颞上55°范围内出现所述刺激图标。
10.根据权利要求1所述的静视野自动识别的非注意事件相关电位脑-机接口方法，其特征在于，在步骤(4)中，对所述脑电信号进行处理和分析包括步骤：脑电预览、去除眼电和肌电伪迹，脑电分段、基线校正、去除伪迹、叠加平均、数字滤波和平滑化处理，保存并进行总平均后进行波形的识别与测量。
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