CN107562188B - 基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法。本发明结合原子磁强计的工作特点，设计了具备实用性的脑磁帽、磁屏蔽装置；采用原子磁强计探头与光源分离的方案提高系统集成度，强化系统便携性；给出了可以大幅提高运速度、减少处理流程复杂度的脑磁信号处理流程；并就该系统可能应用的场景，给出了可行的通信和外围支持系统的方案。采用本发明提出的脑机接口系统，可以方便地通过脑磁信号完成对本地和远程应用系统的控制，具备实用性和很好的扩展性能。

Description

基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及脑机接口研究领域中，应用脑磁信号开发脑机接口技术的方向，具体涉及一种基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法。

背景技术

脑机接口(Brain-ComputerInterface，BCI)指的是在人或者动物脑与外部设备间建立的直接连接通路。该技术主要通过探测神经活动信号并分析提取来作为控制外部设备的指令，其潜在的应用价值在人工智能、学术研究、康复医疗以及军事作战等领域内正得到越来越广泛的关注。

目前，国内外相关的研究团队已经对基于各种脑成像手段的脑机接口实现方案进行了研究，包括使用功能磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)和皮层脑电图(ECoG)。其中，fMRI与PET技术需要大型的仪器才能开展对大脑信号的测量，在实际应用中较难展开，时间分辨率也较低。ECoG技术能够有效探测脑电信号，但是需要开颅内置电极，是一种有创的技术，不适宜在大范围地在BCI应用中推广。EEG可以无损地记录到高频的神经活动信号且便携性好，因而在各种BCI技术中对脑电信号的研究和应用是最广泛的。但是大脑的组织对于电信号是各向异性的且颅骨的导电性极差，使得脑电信号传播到头皮外被大大扭曲，这直接导致其具有较低的空间分辨率和较差的信噪比。并且EEG采用传统的接触式测量方式，需要一些辅助处理(如涂抹导电膏)来提高信号采集质量，实验准备过程复杂，实验舒适性差，维持性不佳。由于磁场信号在不同脑组织、颅骨以及头皮差别很小，磁场的传播可以近似认为是无视介质的距离平方反比衰减规律，这规避了电场在大脑中扭曲带来的误差，因而用脑磁信号作为BCI中用于检测脑信号的手段有望大大提高信号的信噪比和空间分辨率以提高信号特征提取的识别率，并且作为一种无损的测量方式，实验舒适度较高。但是现阶段MEG设备的磁敏感元件超导量子干涉仪(Superconducting quantum interference device,SQUID)需要液氦维持低温条件，使得脑磁图的成本非常高昂，系统庞大且必须在大型屏蔽室内测量以排除外界磁场的干扰，这也使得现有的脑磁图无法成为实用的BCI技术的检测手段。

原子磁强计(Atomic magnetometer,AM)是一种无需使用液氦就能测量极微弱磁场的技术，其工作原理是将被极化的碱金属原子作为外磁场的探测物质，并使用激光作为碱金属原子因为做拉莫进动而带有的外磁场信号的调制载体，来探测外磁场。AM技术近年来在文献中也有人把它称为光泵磁强计(Optically-pumped magnetometer,OPM)，为方便起见，本说明书将统一使用AM或者原子磁强计表述这一技术。

目前，原子磁强计可以做到在探头体积小于7cm³(尺寸1.2cm×1.2cm×6cm)的条件下，实现了优于15fTHz^-1/2的磁场灵敏度，已经用于大脑神经活动和心脏磁场的测量研究。与现有的脑磁图相比，原子磁强计无需在液氦低温区下工作，从而探测元件的购置和运行成本很低，没有了杜瓦瓶的限制，磁探头与头皮的距离可以更小，这可以使得脑磁测量的信噪比大幅度提高，进而可以提升整个系统信号质量和空间分辨率。最重要的是，由于极大简化了系统构造，磁强计阵列可以通过设计成合适的载体轻松地佩戴在受试者头部，有望实现便携式的脑磁测量和BCI应用，从而可以克服目前传统MEG系统用于BCI技术的技术限制并进行大规模地推广。

虽然目前对于原子磁强计的基础技术验证工作已经完成，但是尚未有完整的、具备实用性的基于原子磁强计的脑机接口系统方案被提出；同时，目前已经提出的一些便携式原子磁强计探测方案中没有给出外界磁场信号屏蔽方案，也没有提出针对脑机接口提出具体的方案和使用方法。

发明内容

针对上述在BCI系统中应用现有脑成像技术时的问题，本发明的目的在于提供一种基于原子磁强计的脑机接口系统及其使用方法，能够实现高信噪比测量大脑磁场信号，具有使用简单、检测精度高、稳定可靠、扩展性和实用性强等特点。

本发明采用的技术方案为：

一种基于原子磁强计的脑机接口系统，包括：

脑磁帽，设有用于固定原子磁强计探头紧贴头皮的接口；

信号探测和控制装置，包括设有原子气室的原子磁强计探头，以及用于原子极化和检测的光源；

磁屏蔽装置，用于屏蔽受试者头部和原子磁强计探头工作环境周围的磁场；

信号传输和识别模块，用于对脑磁信号进行模式识别并传输到终端以按照识别结果发出指令。

优选地，使用基于无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free,SERF)原理的原子磁强计探头进行磁场探测。

优选地，所述光源产生圆偏振的激光作为使原子气室中发生原子极化的极化激光；所述光源产生线偏振的激光作为检测受试者脑磁信号磁场强度的检测激光。所述原子气室包括碱金属原子(优选钾、铷、铯的任一种原子)和其他缓冲气体，是原子磁强计的核心，从本质上决定了原子磁强计的精度、量程、带宽等参数的极限。

进一步地，所述原子磁强计探头包括无磁加热模块、光学元件、光电元件、保温隔热模块和前放模块，所述无磁加热模块采用无磁加热技术对原子气室加热，以提高碱金属原子密度；所述光学元件用于搭建光路并对激光进行精密调节；所述光电元件用于对检测激光进行检测并输出光强值；所述保温隔热模块用于降低原子气室外部温度以使得磁强计探头可以贴近受试者头皮放置；所述前放模块用于将基于光电元件得到的电压值进行放大。

优选地，光电元件以阵列的方式对检测激光进行检测，即对于透过原子气室的一束检测激光，使用紧邻的多个通道的光电元件进行检测，方便后续磁场梯度信号的提取，通过提升检测元件的密度而不是磁强计探头的本身的密度来大幅度提高检测通道的密度。

优选地，所述光源采用光纤耦合的方式向原子磁强计探头输出激光，减少空气运动带来的噪声。即，所述光源采用集成化的激光传输技术，用一个激光器为多路光纤供光，每一路或者多路光纤聚合可以完成对一个原子气室中的原子极化和检测。

进一步地，所述磁屏蔽装置为便携式头盔状，可以将受试者头部和原子磁强计探头构成的阵列包围起来，所述磁屏蔽装置通过模拟计算设计出的不等距多层屏蔽结构构成，并且通过高导磁材料抑制外界环境磁场的干扰，降低环境磁场对原子磁强计弱磁测量性能的影响，为原子磁强计处于正常工作状态提供必需的工作环境。

进一步地，本发明提出一种与外部设备通信的系统，包括有线和无线的通讯方式，在进行无线通信的时候选择合适的高频率范围进行编码，避开对脑磁信号感兴趣频段的干扰。

优选地，所述信号传输和识别模块使用提前训练好的脑磁信号模式识别模型实时识别脑磁信号，供脑机接口系统后续的数据分析和应用。

上述基于原子磁强计的脑机接口系统的使用方法，包括以下步骤：

1)为受试者定制脑磁帽，确定需接设于脑磁帽上的原子磁强计探头的位置；

2)将原子磁强计探头插入脑磁帽之后，由受试者佩戴脑磁帽和磁屏蔽装置；

3)将原子气室加热至工作温度后，通过光源使原子气室中发生原子极化并检测得到大脑各个位置处的脑磁信号；

4)对脑磁信号进行处理和识别，然后编码传输相应的指令到终端以完成最终的行动控制。

进一步地，步骤1)中确定需接设于脑磁帽上的原子磁强计的位置的方法如下：首先对受试者进行MRI结构像的扫描，获得其大脑轮廓和脑皮层的结构信息；然后利用大脑轮廓信息，采用人脑三维重建技术建立头部的3D模型；结合脑皮层的结构信息及脑磁信号处理模块的算法特征选择合适的放置位置，在3D模型中标记出这些位置。

进一步地，步骤4)中信号编码传输包括有线和无线两种通信方式，根据具体的计算和应用的需求选择合适的方式，通信时采用高频编码(200Hz以上)以避免引入额外噪声。

进一步地，上述方法还包括，将脑磁帽为受试者佩戴，让其在指令下多次思考完成常用的基本任务(例如肢体运动、方向控制等)，同时记录下各个指令及任务对应的脑磁信号，获取使用者的脑磁信号-目标行为数据组，训练脑磁信号模式识别模型，在实际的使用中，经过数据预处理之后可以直接用训练好的脑磁信号模式识别模型对受试者的目标和意图进行识别。

优选地，在脑磁信号模式识别模型中以原始的脑磁信号作为输入，直接完成端到端(由原始信号到目标行为的映射)的识别过程。但是根据实际需要，也可以先进行脑磁信号溯源，然后基于溯源结果进行脑磁信号模式识别模型的训练和应用。

本发明所述基于原子磁强计的脑机接口系统具有下述优点：

1.提出的基于原子磁强计的脑机接口系统具备脑机接口系统的完整功能，通过结合外部的各种应用设备可以发挥实用的作用。其特点在于脑磁测量灵敏度好，信噪比高，测量方便，便携性好；

2.通过线偏振激光检测圆极化下的碱金属原子在磁场中做拉莫进动的状态来测量磁场，可以达到非常高的磁场测量灵敏度，是目前灵敏度最高的弱磁测量手段；

3.通过3D打印头模个性化定制原子磁强计阵列系统，原子磁强计探头可以贴近头皮，使得信号源与测量元件的距离非常近，可以得到很高的测量信噪比；并且通过结合脑磁信号分布特征设计原子磁强计的摆放位置，使得测得的脑磁信号在后续的信号分析中作用最大化；

4.通过阵列式排布检测用的光电元件，可以得到密度很高的测量通道，通过后续的梯度提取等计算，结合上述的高灵敏度、高信噪比特征，可以大幅度提升整个测量系统的空间分辨率；

5.采用集成化的激光和传输系统，将激光设备与磁强计探头分离，通过光纤系统传输驱动和检测激光，可以大幅度减小原子磁强计探头的体积，进而可以设计紧凑型的包裹头部的环境磁场屏蔽装置，减小系统的总重和体积，达到灵活便携的要求，提升整个系统的实用性；

6.采用对采集到的脑磁信号直接进行模式识别的方法，充分利用了个性化定制头模上磁强计探头相对大脑位置固定的优势，可以简化后续数据处理的流程，提升数据处理的速度，保证实时性和实用性。

附图说明

图1(a)为本发明脑磁帽的俯视图，图1(b)为佩戴了脑磁帽的使用者的侧视图。

图2(a)为本发明磁屏蔽头盔的侧视图，图2(b)为本发明磁屏蔽头盔的截面图。

图3是本发明原子磁强计探头的结构图。

图4是本发明中激光器与原子磁强计探头之间的激光传输示意图。

图5是在受试者直立行走的应用场景下使用本发明脑机接口系统的示意图。

图6是在受试者借助轮椅的应用场景下使用本发明脑机接口系统的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便于本领域技术人员对本发明更为彻底的理解。应该明白的是，本文公开的仅是具有代表性的一种较佳实施例。显然，本发明并不局限于本文所描述的任何具体结构、功能、器件和方法，也可以具有其他实施方式，或者是其他实施方式的组合。本发明中所描述或者附图中所展示的元素数目也可以任意根据需要改变。此外，为避免其他例与本发明发生混淆，对于本领域中众所周知的一些技术特征和细节未进行描述。

本发明所提出的的脑机接口系统在实际测量之前需要进行准备工作，包括个性化定制脑磁帽，佩戴环境磁场屏蔽头盔，训练脑磁信号模式识别模型。

本发明提出一种个性化定制脑磁帽的设计方案，即一种原子磁强计阵列集成与定位的方法，用于将原子磁强计排布在受试者的头部，并且确定电子磁强计相对大脑结构的位置。

优选地，采用人脑三维重建技术以及方便可靠的3D打印技术，设计可插拔的多通道脑磁帽，使多通道原子磁强计更紧密地与人脑头皮贴合，减小原子磁强计探头与信号源之间的距离，提高原子磁强计的探测灵敏度和信噪比。在原子磁强计排布位置的选择上，结合脑磁信号的分布特征以及BCI中脑磁信号处理模块的算法，最优化脑磁测量的性能，方便后续BCI控制中的信息提取。

具体地，本发明提出的脑磁帽的结构如图1所示，图1(a)为脑磁帽俯视图，图1(b)为佩戴了脑磁帽的使用者的侧视图，脑磁帽由头模(即头部的3D模型)3和在头模上排布的插槽4构成。

在脑磁帽定制方面，首先对于每一个需要BCI系统的受试者进行MRI结构像的扫描，获得其大脑轮廓和脑皮层的结构图。利用大脑轮廓信息，采用人脑三维重建技术建立头模3；结合脑皮层的结构信息预判脑磁信号的可能的分布特征，再根据脑磁信号处理模块的算法特征，比如进行脑磁信号模式识别时会用到的特征信号，选择合适的磁强放置位置，在头模3中标记出这些位置，在这些位置上进一步的对插槽4进行建模，如此就完成了整个带有插槽4的磁强计头模的建模过程，通过3D打印的方式，可以获得个性化定制的脑磁头模。本发明中可直接使用三维建模时的头部信息对3D打印头模上的原子磁强计的位置和方向进行定位。由于头模上原子磁强计探头的接口位置是确定的，定位工作只需要进行一次即可。

在最后一步建模的过程中，直接提取各个电子磁强计相对大脑的位置和方向信息，用于后续脑磁信号的处理过程。需要注意的是，本方案中优选地提出的3D打印脑磁帽的方法也可根据实际需要替换成由弹性材料制成脑磁帽，脑磁帽的大小可以根据使用者的需要进行选择。

本发明提出一种便携式的磁屏蔽装置，材料上，该磁屏蔽装置选用高导磁、低导电、高温度稳定性的磁屏蔽材料，最终实现高屏蔽性能与低Johnson噪声；形状上，该磁屏蔽装置可以将整个头部包裹进去，同时应减少开口的数目和大小，以抑制外界环境磁场进入屏蔽帽内部，尽量设计成球形，提升环境磁场屏蔽的效果，可以在脖子、眼睛处留出开孔，方便使用；结构上，该磁屏蔽装置采用多层结构，并且合理选择屏蔽材料(如钼金属)以及通过模拟计算设计出不等间距多层屏蔽结构，在保证环境磁场屏蔽性能的情况下，尽量减小质量、减小磁屏蔽装置外径、降低成本。

具体地，本发明中使用的磁屏蔽装置呈头盔状，如图2所示，图2(a)为屏蔽头盔侧视图，图2(b)为屏蔽头盔截面图。磁屏蔽头盔2由多层材料2.1、2.2、2.3构成，在磁屏蔽头盔2上留有眼睛开口1。磁屏蔽头盔2可以将受试者头部和原子磁强计构成的阵列包围起来。图中所示的磁屏蔽头盔的外形，磁屏蔽材料层数、各层厚度和间距，以及磁屏蔽头盔中的开孔形状和数目需要根据实际使用的情况进行调整，附图仅作示意。

本发明中使用的原子磁强计探头的结构如图3所示，原子气室5中充满了碱金属蒸汽、氮气和惰性气体，极化激光6由光纤导入，通过偏振片13和四分之一波片14之后入射到原子气室5中，检测激光7经由起偏器11射入原子气室5之后，又通过偏振分光棱镜12被光电元件10(如光电检测器)接收，图中8为无磁加热模块，9为保温隔热模块，15为整个原子磁强计探头的封装壳。参照学术和工业界中比较成熟的方案，完成原子气室5、无磁加热模块8、光学元件(包括起偏器11,偏振分光棱镜12,偏振片13,波晶片14)、保温隔热模块9的设计制造和组装之后，即可得到原子磁强计探头。图3所示的磁强计结构图仅是一种可行的探头设计图，但本发明并不限于此。

如图4所示，本发明采用小型化的激光器17产生激光，采用光纤16耦合输出的方案，一个激光器17耦合多条光纤16。一般的，每条光纤16为一个原子气室5供光，但是为了增加极化激光6和检测激光7的截面积，也可采取多条光纤16为一个原子气室5供光的方案，这样有利于在采集的时候使用阵列式排布的光电元件10，提高整个系统检测通道的密度。在光纤传输的方案中，特别要注意极化激光6、检测激光7的保偏性以及极化激光6、检测激光7功率的稳定性，以降低噪声、提升系统的灵敏度和准确性。

磁强计探头、光源及光纤传输系统、光电测量元件设置完毕之后，可以进行测量，测量的流程是，首先把原子气室5加热至工作温度，然后由光纤16给气室通极化激光6，使得碱金属气体原子极化。这样，如果大脑产生一个磁场信号，极化的碱金属气体就会在脑磁场中发生拉莫进动，此时将检测激光7用光纤照射到原子气室5中，线偏振的检测激光7的偏振方向会因为旋光效应而改变，旋转角的大小与磁场强度成正比，采用差分偏振法检测旋转角之后即可知道磁场强度的大小。这样，就由偏振光的光信号转换成了磁场强度的大小。

本发明提出一种脑磁信号后处理的流程，使用提前训练好的脑磁信号模式识别模型实时识别脑磁信号，供BCI系统后续的数据分析和应用。具体为：

利用本系统原子磁强计探头相对大脑位置大致固定的优点，为使用者佩戴脑磁帽，让其在指令下多次思考完成常用的基本任务，同时记录下各个指令及任务对应的脑磁信号，获取使用者的脑磁信号-目标行为数据组，用这种数据组完成对个体各项任务下脑磁信号的模式识别模型的训练，可以对具体的脑磁信号识别出行为目标，即，可以原始的脑磁信号作为输入，直接完成端到端(由原始信号到目标行为的映射)的识别系统的训练，在实际的使用中，经过数据预处理之后可以直接用识别系统对使用者的目标和意图进行识别。但是根据实际需要，也可以先进行脑磁信号溯源，然后基于溯源结果进行模式识别模型的训练和应用。

本发明还可包括与外部设备通信的外围支持系统，包括便携式电源以及机械支持设备等，这里所说的外部设备包括本地和远程的计算机系统以及可以由BCI系统控制的应用系统，包括但不限于机械臂、轮椅、机器人等。

图5、图6说明了本发明可能的两种使用场景，分别是可直立行走和需要外部辅助运动设备的情形。图中18表示装载了便携式本地计算设备和激光器17的容器(背包或者其他形式)，支撑结构19用来支撑整个磁屏蔽头盔，传输系统20表示由光源向原子磁强计探头输送激光的光纤系统，也表示将原子磁强计探头测到的表示磁场强度的电压值输出的导线系统，24表示便携式计算机控制本地应用系统的有线传输系统，21表示无线发射和接收模块，22表示远程计算设备，23是机器人。原子磁强计探头完成对磁场强度的测量之后，以电压形式将场强大小通过传输系统20传导至系统自带的便携式计算设备中，完成初步的数据处理。接下去，根据不同使用场景和用途，选择采用本地计算或者通过无线发射和接收模块21由远程计算设备22计算的方式，完成脑部信号模式识别的工作，再结合受试者个人在学习阶段的脑磁信号的特征，识别出其意图，然后发送相应的指令给各应用系统(如机器人23)来完成最终的行动控制。

根据实际的使用状况，以不同的方式配备本地计算设备，远程计算设备、光源、机械支持设备和应用设备。如果是在直立行走的过程中，可以将本地计算设备，光源集成在一个可背负的容器18中，在其中还需要配备有线传输系统24和无线发射和接收模块21的通信设备。此外，因为脑磁帽和磁屏蔽头盔有相当的重量，因而需要一些外部的机械支持设备，本发明示意性地提出一个支持的方案，可以与容器18结合，设计一种同时应用肩部、背部来提供支撑的背心，支撑结构19可以将磁强计阵列特别是磁屏蔽头盔支撑起来，这样可以减少对颈部的压力，让整个系统具有实用性。实际使用中需要根据具体的需要进行调整，本发明的内容不限于该示意性地提出的方案。如果有可依靠的运动设备，如轮椅，则上述容器18和支撑结构19均可被集成到运动设备中，以大幅度提高佩戴和使用的舒适度。

对于各种外部应用设备，有选择性地使用有线或者无线的通信方式，对于诸如机械假肢或者轮椅这样的随受试者移动的本地应用系统，采用有线传输的方式进行，减少通信过程中可能受到的干扰，会使系统更稳定，更重要的是，用有线方式通信带来的电磁噪声也更小，保证脑磁场测量的性能；对于远程计算设备和服务型机器人这样的相对独立、需要远程控制的应用系统，则使用无线网络进行通信，这样可以彻底解放受试者的运动能力，使得受试者摆脱空间位置的限制可以自由地大范围移动，并且可以控制更多的应用系统，提升BCI系统的辅助能力和范围。

优选地，在进行通信的时候选择合适的频率范围进行编码，选择标准如下：一方面在这些频率范围内磁屏蔽系统的屏蔽效果要比较好；另一方面，编码频率与脑磁信号频率差别大，可以通过滤波的方式将通信噪声消除。

应该注意的是，本发明中提出的直立行走和借助轮椅这两种实施方式只是用来说明系统的使用方式，具体的实施方案不限于本发明已经说明的这两种。根据本发明提出的通信和控制的方案，具体的应用系统可以包含各种形式，而不限于本发明说明的轮椅和服务机器人这两例。

Claims (10)

1.一种基于原子磁强计的脑机接口系统，包括：

脑磁帽，设有用于固定原子磁强计探头紧贴头皮的接口，所述原子磁强计探头的位置通过下述方式确定：首先对受试者进行MRI结构像的扫描，获得其大脑轮廓和脑皮层的结构信息；然后利用大脑轮廓信息，采用人脑三维重建技术建立头部的3D模型；结合脑皮层的结构信息及脑磁信号处理模块的算法特征选择合适的放置位置，在3D模型中标记出这些位置；

信号探测和控制装置，包括设有原子气室的原子磁强计探头，以及用于原子极化和检测的光源；

磁屏蔽装置，用于屏蔽受试者头部和原子磁强计探头工作环境周围的磁场，由通过模拟计算设计出的不等距多层屏蔽结构组成；

信号传输和识别模块，用于对脑磁信号进行模式识别并传输到终端以按照识别结果发出指令。

2.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光源产生圆偏振的激光作为使原子气室中发生原子极化的极化激光；所述光源产生线偏振的激光作为检测受试者脑磁信号磁场强度的检测激光。

3.如权利要求2所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述原子磁强计探头包括无磁加热模块、光学元件、光电元件、保温隔热模块和前放模块，所述无磁加热模块采用无磁加热技术对原子气室加热，所述光学元件用于搭建光路并对光源产生的激光进行精密调节；所述光电元件用于对检测激光进行检测并输出光强值；所述保温隔热模块用于降低原子气室外部温度以使得磁强计探头可以贴近受试者头皮放置；所述前放模块用于将基于光电元件得到的电压值进行放大。

4.如权利要求3所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光电元件以阵列的方式对检测激光进行检测，对于透过原子气室的一束检测激光，使用紧邻的多个通道的光电元件进行检测。

5.如权利要求2所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述光源采用集成化的激光传输技术，用一个激光器为多路光纤供光，每一路或者多路光纤聚合以实现对一个原子气室中的原子极化和检测。

6.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述磁屏蔽装置为便携式头盔状，将受试者头部和原子磁强计探头构成的阵列包围起来。

7.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统，其特征在于，所述信号传输和识别模块使用提前训练好的脑磁信号模式识别模型实时识别脑磁信号，供脑机接口系统后续的数据分析和应用。

8.权利要求1-7任一所述的一种基于原子磁强计的脑机接口系统的使用方法，包括以下步骤：

1)为受试者定制脑磁帽，确定需接设于脑磁帽上的原子磁强计探头的位置；

2)将原子磁强计探头插入脑磁帽之后，由受试者佩戴脑磁帽和磁屏蔽装置；

3)将原子气室加热至工作温度后，通过光源使原子气室中发生原子极化并检测得到大脑各个位置处的脑磁信号；

4)对脑磁信号进行处理和识别，然后编码传输相应的指令到终端以完成最终的行动控制。

9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤4)中所述编码传输包括有线和无线两种通信方式，通信时采用高频编码。

10.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于，还包括，将脑磁帽为受试者佩戴，让其在指令下多次思考完成常用的基本任务，同时记录下各个指令及任务对应的脑磁信号，预先获取受试者的脑磁信号-目标行为数据组，训练个体在各项任务下脑磁信号模式识别模型以对实际应用情况下采集的脑磁信号进行识别。

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