CN107066091A - 一种脑机接口p300信号特征体感诱发装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法，装置包括上位机通讯单元和至少一个下位机单元，上位机通讯单元包括USB转串口模块，下位机单元包括单片机、电机驱动单元、电机单元和低压直流电源，电机单元包括多个用于作为触觉刺激源的直流振动电机，单片机和USB转串口模块相连，且单片机的输出端分别通过电机驱动单元和各个直流振动电机相连，低压直流电源的输出端分别与无线通讯下位模块、单片机、电机驱动单元相连；应用方法包括通过上位机生成刺激序列L，基于遍历刺激序列L中的每一个周期序列组trial来实现对各个直流振动电机的刺激态和非刺激态控制。本发明具有使用便捷、分类正确率高、稳定性好、通用性强的优点。

Description

一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及脑机接口技术（Brain-ComputerInterface，BCI），具体涉及一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法，可应用于脑机接口技术研究的体感诱发硬件装置、实验范式以及流程控制和信号处理的软件模块，尤其涉及基于触觉的诱发型脑机接口系统实验。

背景技术

脑机接口技术（Brain-ComputerInterface，BCI）是将采集到的脑电信号处理并转换成为控制指令从而实现信息传达的一种新型人机交互方式。它通过检测并判别脑电信号在不同大脑活动中所能产生的时空特征来识别人的意图。脑机接口技术的研发和设计初衷是为了帮助运动神经疾病患者，它不需要肢体接触，即可完成对外界事物的操作和表达。其基本原理是：人脑在进行不同思维活动或受到不同类型的外部刺激（如视觉、听觉或触觉）时，其神经活动会在脑电信号中体现出不同的模式，通过实时采集并提取这些模式的特征，再经过模式识别分类器的处理，就能够甄别用户目前正进行着什么样的意识活动或承受什么样的生理刺激。由于这种人机交互手段不依赖于神经系统和肌肉组织，所以它能帮助那些由于意外事故、疾病等原因丧失部分甚至是全部交流能力的病人实现与外界环境的交流与操控。目前，BCI技术在助残、康复工程、娱乐等领域的应用前景受到了国内外专家学者的广泛关注。

第一次BCI国际会议根据输入信号的性质把BCI系统分为两大类，分别是无需外界刺激的自发型BCI系统和需要外界刺激的诱发型BCI系统。基于自发脑电信号的BCI系统是应用自发脑电信号作为系统的输入特征，其特点是用户在经过训练之后，能够根据主观意图自主调节脑电信号的输出，从而调整脑机系统对于外界对象的控制，但通常使用者需要经过长时间的训练才能达到较为理想的输出效果，同时还容易受到被试生理、心理状态等各种因素的影响。诱发型BCI系统使用外界刺激后产生的脑电信号作为输入信号，并将其特征作为分类依据。外部诱发BCI系统不需要对使用者进行特殊的训练，但需要特定的刺激（如矩阵排列的视觉闪烁刺激块、时序先后排列的声音刺激等）作为诱导脑电信号产生的源，通常使用者观察外部环境和被控物体状态是通过视觉通道，则采取视觉通道作为输入刺激的通道构建的是视觉非独立脑机接口，这对于系统的应用产生了一定的阻碍，所以在诱发型脑机接口的设计并期望其走向应用的过程中，通常采取视觉独立型为设计目的。根据输入信号的性质的不同，脑机实验范式的设计也有所不一样，同时脑电电极采集的位置也有所不同。

根据脑电信号的采集方式，则可以将BCI分类侵入式和非侵入式两种形式。侵入式脑电采集方式直接将电极和大脑皮层接触或植入大脑皮层中，从而使得采集到的脑电信号噪声小、损失低且还原度高。但由于涉及外科手术，不仅操作复杂，需要有专业背景的医务人员完成，容易感染，对使用者有健康安全隐患，同时也不利于便捷的实验方式，每当要对采集电位进行调整，可能都会需要一次手术才能完成。非侵入式的脑电采集方式，操作简单，对于被试安全，更加利于BCI技术的推广，但由于采集装置距离信号源较远，不可避免的损失了一些信号精度，并且使得原始信号噪声较大。目前，脑机接口技术研究中一般使用与头皮接触、无损伤的非侵入式信号检测方法。

诱发型脑机接口分为通常采用的有两种信号特征，分别是P300电位和稳态视觉诱发电位，分别来自于时域和频域。其中P300电位类型的信号特征来自于偶现小概率事件刺激之后的脑电时域峰值信号，该信号由于峰值出现时间较刺激时间点延迟300毫秒，从而通过检测该时间延迟在时域上可以回溯到被试所关注的刺激，所以该种信号特征的范式通常设计为刺激随机出现，在时序上呈现先后顺序；稳态视觉诱发电位则是接受一定频率刺激后，被试脑电信号会出现和被试关注对象相关的倍频响应，通过分析该响应，解析使用者意图，这种脑电特征的范式通常是将所有刺激同时呈现给使用者，而使用者只需关注自己需要的刺激即可。不管哪种信号特征，均需要将所有刺激输入给被试，然后才根据累计采集的脑电信号分析被试的意图输出结果，所以在每一个指令选择周期都需要遍历所有刺激输入。如果能同时将输入给予使用者如基于稳态视觉诱发电位的字符拼写则可以提高输出效率，所以刺激的通道能同时接受并能够甄别的刺激数目也是影响脑机接口效率的一个重要因素。诱发型脑机接口目前采取最多的是视觉通道诱发，视觉通道虽然只有眼睛这一个输入点，但由于视场的具有一定的范围，也能够同时接受多输入，由于视觉通道也是用户观察被控物体状态从而获取反馈的最主要通道，通道复用会带来通信效率的降低，从而使得系统执行效率的降低，同时用户在刺激和反馈间的视觉切换引起的头动会导致脑电信号的波动，所以采用视觉通道不能构建视觉非独立脑机接口。其次被研究的是听觉诱发脑机接口，听觉作为诱发通道通常是将刺激先后输入给使用者，使用者对于同时输入的声音信息由于混叠而导致分辨度较差，从而使得并行输入的可行性不高，时间顺序上串行输入导致了刺激输入时间较长而指令选择时间也相应变长，也不利于构建稳态诱发型脑电信号。虽然听觉诱发通道可以用作构建视觉独立型脑机接口系统，让用户在视觉关注于被控对象的同时接受听觉通道的信息，这利用了多感官通道作为输入，可以提高系统的执行效率。听觉诱发脑机接口所受到的限制是由于听觉通道虽然对声音信息具有辨识度，但是由于刺激接收只有耳朵这一个入口，从而导致了输入的瓶颈使得系统的整体效率不高，并且不能适应多种不同特征信号的诱发机制。所以综合以上两种诱发通道的特点，选择一个可以构建视觉独立并且具有多个输入点的刺激通道能够提高脑机接口系统的执行效率吗，根据该通道设计可行的软硬件系统并搭配合理的范式是一个非常有意义的技术探索方向。

总的来说，虽然脑机接口领域的研究已经取得了很多有望达到实用程度的理论和实验成果，但由于目前输入通道的选择和范式设计的局限性，特别是输入维度和通道能够接受输入点数限制，目前较为成熟的视觉和听觉诱发脑机接口并没有真正走向实用阶段，所以通道选择和范式设计等影响实际实用效果和效率的关键问题研究和开发对于脑机接口的推广和应用有着重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种使用便捷、分类正确率高、稳定性好、通用性强的脑机接口P300信号特征体感诱发装置及其应用方法

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置，包括上位机通讯单元和至少一个下位机单元，所述上位机通讯单元包括USB转串口模块，所述下位机单元包括单片机、电机驱动单元、电机单元和低压直流电源，所述电机单元包括多个用于作为触觉刺激源的直流振动电机，所述单片机和USB转串口模块相连，且所述单片机的输出端分别通过电机驱动单元和各个直流振动电机相连，所述低压直流电源的输出端分别与无线通讯下位模块、单片机、电机驱动单元相连。

优选地，所述单片机和USB转串口模块直接相连。

或者优选地，所述上位机通讯单元还包括无线通讯上位模块，所述下位机单元还包括无线通讯下位模块，所述无线通讯下位模块通过无线网络和无线通讯上位模块相连，所述单片机依次通过无线通讯下位模块、无线通讯上位模块和USB转串口模块间接相连，进一步优选地，所述无线通讯上位模块、无线通讯下位模块为蓝牙通讯模块。

优选地，所述电机单元包括六个直流振动电机。

另一方面，本发明还提供一种前述脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法，实施步骤包括：

1）分别将直流振动电机作为触觉刺激振动源粘贴安装固定在被试身体上指定的触觉刺激目标位置、安装好脑机接口脑电信号采集装置并连接被试，将上位机通讯单元和下位机单元之间建立连接，并将上位机通讯单元通过USB电缆和上位机相连；

2）通过上位机生成刺激序列L，所述刺激序列L包括至少一个周期序列组trial，每一个周期序列组trial包括一组需要振动的电机编号；开始对脑机接口脑电信号采集装置输出的脑电信号进行信号累积；

3）上位机从刺激序列L中遍历取出一个周期序列组trial作为当前周期序列组；

4）上位机获取当前周期序列组中的电机编号发送给下位机单元，下位机单元驱动电机编号对应的直流振动电机发生振动，振动达到指定的刺激时长后停止振动，且停止振动达到指定的非刺激时长后跳转执行步骤5）；

5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算、编码后输出；

6）判断刺激序列L是否仍有未遍历的周期序列组trial，如果仍有未遍历的周期序列组trial，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤7）；

7）将输出的脑电信号数据进行保存。

优选地，步骤4）中下位机单元驱动电机编号对应的直流振动电机发生振动具体是指下位机单元驱动电机编号对应的直流振动电机以相同的频率依次发生振动。或者，优选地，步骤4）中下位机单元驱动电机编号对应的直流振动电机发生振动具体是指下位机单元驱动电机编号对应的直流振动电机分别以不同的频率同时发生振动。

优选地，步骤5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算具体是指采用逐步回归分析作为数据分析方式，将信号累积得到的脑电信号中刺激后的300～1100毫秒作为P300特征信号片段，采取0.5～N Hz巴特沃斯带通滤波器进行分类计算，其中N为用户预设参数。

本发明的脑机接口P300信号特征体感诱发装置具有下述优点：

1、本发明基于触觉实现脑机接口P300信号特征体感诱发，由体感通道接受诱发刺激作为唯一输入源（视觉通道仅作为用户对于被控物体和环境观察而做出控制调整的反馈通道，利用了两种感官通道），从而解决了视觉诱发脑机接口通道复用而不能构建视觉独立型脑机接口的问题，同时触觉通道的受刺激点分布较广，人体生理结构对于刺激的位置有天然的区分性，使得系统能够同时给用户提供分布在不同位置的刺激而拓宽了输入维度，克服了听觉作为诱发通道的脑机接口诱发效率低下的缺点。

2、本发明包括上位机通讯单元和至少一个下位机单元，电机单元包括多个直流振动电机，因此可以根据需要进行扩展提供给用户的输入刺激源个数，减少了视觉诱发型脑机接口需要根据不同的刺激类型和刺激个数在显示器上绘制不同形状、大小的刺激块的复杂度，同时也由于不需要单独设计视觉刺激模块或将显示器涵盖在实验系统内而减小了实验系统的体积。

3、本发明采用直流振动电机作为触觉刺激源，只需要简易胶带就可以使其固定在接受刺激的位置，由于触觉刺激个数可以扩展，直接增加了该类型脑机接口的输入维度，从而可以丰富脑机接口的输出维度，同时该种刺激分布方式，可以有效地模拟人的活动关节，将刺激安放在用户的肢体关节处，所刺激即为控制目标的输出，对于构建类人型机器人和机械臂控制系统更加直观和便捷，视觉和听觉诱发型脑机接口在此种类型中还要进行指令转译，将图形和声音映射到控制位置，增加了用户的使用复杂度。

4、本发明采用直流振动电机作为触觉刺激源，可保证用户的安全性，长时间的实验不易产生疲劳，而视觉诱发实验被试长时间的关注LED显示器或者其他光源容易导致明显的视觉疲劳而对实验产生抵抗性，电机的震动强度可通过单片机的模拟输出大小调整，从而能够让实验系统根据被试的不同体感程度设计相关实验和调整参数，提高了实验的丰富性，同时用户体感强度不一，也能够为了激发有效的脑电信号而做出刺激强度的调整。

5、本发明包括至少一个下位机单元，可构建多通道脑电采集通道，以便后续信号处理方法根据被试的分类效果选择最佳通道组合，实现更加良好的实验效果。

6、本发明的基于触觉诱发脑机接口软硬件和实验范式，结构简单、操作方便、可移动性强、硬件成本低、执行效率高、普适性强，硬件结构能够满足多种范式要求，适用于各种基于体感刺激的脑机接口技术研究实验，能够更好地实现视觉独立脑机接口系统并应用于医疗器械和实体控制。

本发明脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法具有下述优点：本发明诱发装置的应用方法在本发明提供的脑机接口P300信号特征体感诱发装置基础上，通过分别将直流振动电机作为触觉刺激振动源粘贴安装固定在被试身体上指定的触觉刺激目标位置，通过上位机生成刺激序列L，基于刺激序列L的周期序列组trial遍历来对被试进行触觉诱发，从而能够完成脑机接口P300信号特征体感诱发试验和数据采集、分类编码，而且基于刺激序列L、指定的刺激时长、指定的非刺激时长等状态量设计和转移逻辑，对于P300电位型脑电实验，用户在实验设计过程中只需要更改与实验相关的参数包括刺激个数、刺激与非刺激时长、刺激循环次数等，软件模块的设计具有极大的通用性和简单易用性，配合上述刺激硬件，用户能够快速的开展实验，节约时间提高效率。

附图说明

图1为本发明实施例一诱发装置的电路原理示意图。

图2为本发明实施例一诱发装置应用方法的流程示意图。

图例说明：1、上位机通讯单元；11、USB转串口模块；12、无线通讯上位模块；2、下位机单元；21、无线通讯下位模块；22、单片机；23、电机驱动单元；24、电机单元；241、直流振动电机；25、低压直流电源。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例的脑机接口P300信号特征体感诱发装置包括上位机通讯单元1和一个下位机单元2，上位机通讯单元1包括USB转串口模块11，下位机单元2包括单片机22、电机驱动单元23、电机单元24和低压直流电源25，电机单元24包括多个用于作为触觉刺激源的直流振动电机241，单片机22和USB转串口模块11相连，且单片机22的输出端分别通过电机驱动单元23和各个直流振动电机241相连，低压直流电源25的输出端分别与无线通讯下位模块21、单片机22、电机驱动单元23相连。本实施例的上位机通讯单元1包括USB转串口模块11，上位机通讯单元1基于USB转串口模块11和上位机进行USB通讯，从而可以实现和上位机的即插即用、直接与上位机连接，下位机单元2体积小、重量轻、独立供电，能够直接放置在使用者的身上。需要说明的是，本实施例中仅仅是以一个下位机单元2进行实例，毫无疑问，也可以根据需要选择更多下位机单元2，使得上位机通讯单元1设定连接多台下位机单元2，以增加刺激硬件模块能够提供的输入维度，能够适应复杂多变的实验要求。

本实施例中，驱动直流振动电机241工作的电机驱动单元23与直流振动电机241正极连接的模拟输出采用预置电压模式，将非振动电压设定在临界值边缘，减少启动振动过程中电压上升沿所带来的执行效率的损失，从而更加有利于保证刺激与脑电信号的时序对准，保证脑电信号的真实性，提升脑电信号的解析效率和系统敏捷性。

如图1所示，本实施例中单片机22和USB转串口模块11之间为间接相连方式，即：上位机通讯单元1还包括无线通讯上位模块12，下位机单元2还包括无线通讯下位模块21，无线通讯下位模块21通过无线网络和无线通讯上位模块12相连，单片机22依次通过无线通讯下位模块21、无线通讯上位模块12和USB转串口模块11间接相连。通过上述方式，能够提高下位机单元2的便携性，增强本实施例诱发装置对于移动性要求场景的适应性。

如图1所示，本实施例中无线通讯上位模块12、无线通讯下位模块21为蓝牙通讯模块。此外，无线通讯上位模块12、无线通讯下位模块21也可以根据需要采用Wifi或者其他类型的直接或间接实现无线通信的无线通信模块，其原理与本实施例相同。参见图1，USB转串口模块11的+5V、接地GND、信号输出TXD、信号输入RXI分别与无线通讯上位模块12的+5V、接地GND、信号输入RX、信号输出TX连接，该部分的供电由上位机（计算机）的USB接口提供；无线通讯下位模块21的信号输出TX、信号输入RX分别于单片机22的信号输入RXI、信号输出TXD连接，无线通讯下位模块21、单片机22和电机驱动单元23的+5V、GND分别接入低压直流电源25的VCC、GND，直流振动电机241的GND接入低压直流电源25的GND。本实施例无线通讯上位模块12、无线通讯下位模块21的无线通信设计，采用低压5V电源或直接由干电池或锂电池提供，改进了刺激设备的便携性，增加了用户的可移动性，较视觉刺激过程中用户不可移动而言，也让实验进行更加快捷、简单。

如图1所示，本实施例中电机单元24包括六个直流振动电机241，以构建六个刺激源，六个刺激源的设计能够保证前后两次相同位置的刺激能够有充足的时间间隔让被试能够甄别，本实施例中刺激源个数的扩展直接将编号也扩展即可，其原理与本实施例相同。

如图2所示，本实施例诱发装置的应用方法的实施步骤包括：

1）实验就绪：分别将直流振动电机241作为触觉刺激振动源粘贴安装固定在被试身体上指定的触觉刺激目标位置、安装好脑机接口脑电信号采集装置并连接被试，将上位机通讯单元1和下位机单元2之间建立连接，并将上位机通讯单元1通过USB电缆和上位机相连；

2）通过上位机生成刺激序列L，刺激序列L包括至少一个周期序列组trial，每一个周期序列组trial包括一组需要振动的电机编号；开始对脑机接口脑电信号采集装置输出的脑电信号进行信号累积；

3）上位机从刺激序列L中遍历取出一个周期序列组trial作为当前周期序列组；

4）上位机获取当前周期序列组中的电机编号发送给下位机单元2，下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241发生振动，振动达到指定的刺激时长后停止振动，且停止振动达到指定的非刺激时长后跳转执行步骤5）；

5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算、编码后输出；

6）判断刺激序列L是否仍有未遍历的周期序列组trial，如果仍有未遍历的周期序列组trial，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤7）；

7）将输出的脑电信号数据进行保存。

本实施例中，脑机接口脑电信号采集装置具体采用德国Brain Product（简称BP）公司的BrainAmp DC amplifier脑电放大器、antiCAP主动电极以及国际脑电图10-20标准电极帽对脑电信号，来实现对脑机接口脑电信号的采集，该装置为现有设备，故在此不再详述。本实施例中，脑机接口脑电信号采集装置的信号采集通道选用F3、F4、Cz、C1、C2、C3、C4、C5、C6、CPz、CP3、CP4、CP5、CP6，根据被试的特点选用其最佳通道作为分类器输入，在当前周期序列组的周期刺激未完成时，将采集到的脑电信号片段进行积累用作分类器处理，在当前周期序列组的周期刺激结束，将信号累积得到的脑电信号输入给模式识别信号处理方法，利用分类器参数Parms计算输出分类结果，将结果根据其映射的控制指令进行编码输出，然后判断刺激序列L是否仍有未遍历的周期序列组trial，如果仍有未遍历的周期序列组trial，则继续进行下一个周期序列组trial的处理，否则将输出的脑电信号数据进行保存为数据格式文件（*.dat），该数据用于离线分析脑电信号特征和统计相关输出，如此设计可以保证既能够在线输出，又能将信号用作离线分析，提高了复用性。

参见前述步骤4）可知，每一个周期序列组trial包括的需要振动的电机编号中，每一个电机编号对应的直流振动电机241都需要经过刺激和非刺激两个状态，刺激态到非刺激态的时间为刺激时长，非刺激态到跳转执行步骤5）的判断过程的是非刺激时长，刺激时长与非刺激时长之和T成为刺激呈现的不同性（SOA），SOA的大小和刺激时长的占比会影响脑电信号激发的强度，所以该参数T也是实验探究的一个重要问题，本实施例中该参数T可以根据用户需求在软件启动时设定。本实施例诱发装置的应用方法在各个状态间共享全局变量L作为刺激序列，并且可以自定义其它全局变量，基于刺激序列L选择需要遍历全部可能出现的刺激，刺激序列L包括至少一个周期序列组trial，每一个周期序列组trial包括一组需要振动的电机编号。本实施例中刺激序列L采用Python语言的随机系统生成，生成范围是刺激个数、生成长度是刺激个数与周期序列组trial的乘积，刺激序列L包括的周期序列组trial数量（周期循环次数）在软件启动时可以作为参数设定，这样的设计能够保证使用者只需要根据自己的需求调整参数，使实验流程更佳契合要求，从而使得实验准备更加简单快捷。本实施例中，电机单元24包括六个直流振动电机241（以构成六个刺激振动器），电机编号为1～6，周期序列组trial分别为1、2、3时的刺激序列L实例如下：

[1, 3, 4, 2, 6, 5], //周期序列组trial=1

[1, 2, 4, 6, 3, 5, 1, 3, 4, 2, 6, 5], //周期序列组trial=2

[1, 3, 2, 6, 5, 4, 2, 1, 4, 6, 3, 5, 5, 3, 2, 4, 6, 1] //周期序列组trial=3

参见上述实例，本实施例中每一个周期序列组trial包括一组共六个需要振动的电机编号，且针对周期序列组trial大于1的情况将周期序列组trial之间通过空格拼接在一起。

本实施例中，步骤4）中下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241发生振动具体是指下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241以相同的频率依次发生振动。参见上述实例可知，周期序列组trial=1的实例中，则为编号为1、3、4、2、6、5的直流振动电机241以相同的频率依次发生振动。

本实施例中，电机单元24包括六个直流振动电机241（以构成六个刺激振动器），六个直流振动电机241分别安放在被试的左手手臂的腕关节上下、肘关节内外、肩关节前后，驱动电机编号对应的直流振动电机241发生振动具体是指下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241以相同的频率依次发生振动，即每一个周期序列组trial遍历该六个刺激，以保证每个输入刺激均能提示给被试，该种方式最接近于P300实验的范式设计，能够合理的激发脑电信号，同时六个刺激源的设计能保证前后两次相同位置的刺激能够有充足的时间间隔让被试能够甄别。

本实施例中，步骤5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算具体是指采用逐步回归分析（SWLDA）作为数据分析方式，根据刺激态的时间标记，将信号累积得到的脑电信号中刺激后的300～1100毫秒作为P300特征信号片段，采取0.5～N Hz巴特沃斯带通滤波器进行分类计算，其中N为用户预设参数。用户预设参数N为使用者可调整的参数，巴特沃斯带通滤波器的滤波上限可以根据需要进行调整，用户预设参数N根据被试的离线数据分析得出，巴特沃斯带通滤波器的滤波上限可根据每个被试的不同而通过参数设置的形式导入，使得系统具有更好的普适性。本实施例中脑电电极个数自动调整参数，无需设置，方便于实验。

实施例二：

本实施例的脑机接口P300信号特征体感诱发装置与实施例一基本相同，其主要不同点为本实施例中单片机22和USB转串口模块11之间为直接相连方式以降低成本，即：将实施例一中的无线通讯上位模块12、无线通讯下位模块21省去，采取USB转串口信息输入RXI、信息输出TXD分别和直连控制单片机信息输出TXD、信息输入RXI的设计。但是，这样仅仅适用于对于下位机单元2没有移动性要求的场景。

本实施例诱发装置的应用方法与实施例一完全相同，在此不再赘述。

实施例三：

本实施例的脑机接口P300信号特征体感诱发装置与实施例一完全相同，在此不再赘述。

本实施例诱发装置的应用方法与实施例一基本相同，其主要不同点为驱动电机编号对应的直流振动电机241发生振动的方式不一样。本实施例中，步骤4）中下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241发生振动具体是指下位机单元2驱动电机编号对应的直流振动电机241分别以不同的频率同时发生振动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种脑机接口P300信号特征体感诱发装置，其特征在于：包括上位机通讯单元（1）和至少一个下位机单元（2），所述上位机通讯单元（1）包括USB转串口模块（11），所述下位机单元（2）包括单片机（22）、电机驱动单元（23）、电机单元（24）和低压直流电源（25），所述电机单元（24）包括多个用于作为触觉刺激源的直流振动电机（241），所述单片机（22）和USB转串口模块（11）相连，且所述单片机（22）的输出端分别通过电机驱动单元（23）和各个直流振动电机（241）相连，所述低压直流电源（25）的输出端分别与无线通讯下位模块（21）、单片机（22）、电机驱动单元（23）相连。

2.根据权利要求1所述的脑机接口P300信号特征体感诱发装置，其特征在于：所述单片机（22）和USB转串口模块（11）直接相连。

3.根据权利要求1所述的脑机接口P300信号特征体感诱发装置，其特征在于：所述上位机通讯单元（1）还包括无线通讯上位模块（12），所述下位机单元（2）还包括无线通讯下位模块（21），所述无线通讯下位模块（21）通过无线网络和无线通讯上位模块（12）相连，所述单片机（22）依次通过无线通讯下位模块（21）、无线通讯上位模块（12）和USB转串口模块（11）间接相连。

4.根据权利要求3所述的脑机接口P300信号特征体感诱发装置，其特征在于：所述无线通讯上位模块（12）、无线通讯下位模块（21）为蓝牙通讯模块。

5.根据权利要求1所述的脑机接口P300信号特征体感诱发装置，其特征在于：所述电机单元（24）包括六个直流振动电机（241）。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法，其特征在于实施步骤包括：

1）分别将直流振动电机（241）作为触觉刺激振动源粘贴安装固定在被试身体上指定的触觉刺激目标位置、安装好脑机接口脑电信号采集装置并连接被试，将上位机通讯单元（1）和下位机单元（2）之间建立连接，并将上位机通讯单元（1）通过USB电缆和上位机相连；

2）通过上位机生成刺激序列L，所述刺激序列L包括至少一个周期序列组trial，每一个周期序列组trial包括一组需要振动的电机编号；开始对脑机接口脑电信号采集装置输出的脑电信号进行信号累积；

3）上位机从刺激序列L中遍历取出一个周期序列组trial作为当前周期序列组；

4）上位机获取当前周期序列组中的电机编号发送给下位机单元（2），下位机单元（2）驱动电机编号对应的直流振动电机（241）发生振动，振动达到指定的刺激时长后停止振动，且停止振动达到指定的非刺激时长后跳转执行步骤5）；

5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算、编码后输出；

6）判断刺激序列L是否仍有未遍历的周期序列组trial，如果仍有未遍历的周期序列组trial，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤7）；

7）将输出的脑电信号数据进行保存。

7.根据权利要求6所述脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法，其特征在于，步骤4）中下位机单元（2）驱动电机编号对应的直流振动电机（241）发生振动具体是指下位机单元（2）驱动电机编号对应的直流振动电机（241）以相同的频率依次发生振动。

8.根据权利要求6所述脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法，其特征在于，步骤4）中下位机单元（2）驱动电机编号对应的直流振动电机（241）发生振动具体是指下位机单元（2）驱动电机编号对应的直流振动电机（241）分别以不同的频率同时发生振动。

9.根据权利要求6所述脑机接口P300信号特征体感诱发装置的应用方法，其特征在于，步骤5）将信号累积得到的脑电信号进行分类计算具体是指采用逐步回归分析作为数据分析方式，将信号累积得到的脑电信号中刺激后的300～1100毫秒作为P300特征信号片段，采取0.5～N Hz巴特沃斯带通滤波器进行分类计算，其中N为用户预设参数。