CN112842360B - 一种判断优势眼和非优势眼的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及心理物理学技术领域，公开了一种判断优势眼和非优势眼的方法及系统。其方法包括以下步骤：S1、向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；S2、采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；S3、对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；S4、将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。本发明所述的判断优势眼和非优势眼的方法及系统能够准确判断优势眼和非优势眼，具有简单可行、准确度高的优点。

Description

一种判断优势眼和非优势眼的方法及系统
技术领域
本发明涉及心理物理学技术领域，尤其是指一种判断优势眼和非优势眼的方法及系统。
背景技术
目前，国内外尚没有能够精确识别用户优势眼和非优势眼及其脑神经不对称性的方法和仪器设备。眼优势主要由三个标准来决定：视力、感觉和注视状态。对于一只眼睛完全失明或极度弱视的人来说，功能完整的那只眼睛处于优势地位并用于观察、感知或注视。临床上主要依靠视觉诱发电位(visual evoke potential,VEP)对视力进行粗略检测从而判断眼优势，所使用的VEP包括闪光VEP(flash VEP,fVEP)、图形反转VEP(patternreversal VEP,PRVEP)、扫描图形VEP(sweep pattern VEP,SPVEP)、多焦VEP(multifocalVEP,mVEP)。然而，对于双目视力正常的人，当双眼睁开时，人们往往不会意识到哪一只眼睛对视觉信息综合加工的贡献更大，并且由于应用的标准不同，使临床上检测眼优势的结果。
此外，优势眼和非优势眼在结构和视觉加工等方面都存在一些区别。例如，眼优势与视网膜的结构差异有关，如视网膜神经纤维层厚度，黄斑处神经节细胞内网状层厚度等。根据人眼视觉系统的解剖结构，双眼的视神经通路是不同的，特别是位于视交叉后的中央视神经通路部分。行为学和生理学研究表明，被试在使用优势眼时，反应时间(RTs)明显更快，调节功能更好，稳态视觉诱发电位(steady-state VEP,SSVEP)的反应潜伏期更短。但以往报道的所有方法主要侧重于眼优势和视觉皮层关联的识别与检测，不能反映高级视中枢对视觉信息刺激进行复杂处理和分析的整个过程，且对于眼优势对视觉注意网络的影响尚未被揭示。因此，需要一种新的判断优势眼和非优势眼的方法来解决上述问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单可行、准确性高的能够判断优势眼和非优势眼的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种判断优势眼和非优势眼的方法，包括以下步骤：
S1、向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；
S2、采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；
S3、对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；
S4、将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
在本发明的一个实施例中，所述脑电信息图包括脑电时频图和脑电功能连接图，通过脑电时频图和/或脑电功能连接图的对比结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
在本发明的一个实施例中，还包括以下步骤：
S5、根据脑电时频图和脑电功能连接图的综合对比结果判断优势眼和非优势眼的不对称性。
在本发明的一个实施例中，若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较大且差异在2μV2以上，且存在low-α波的能量值随着目标刺激增大而减小至2μV2以上，则测试眼为优势眼；
若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较小且差异在2μV2以上，且存在high-α波的能量值随着目标刺激增大而减小至2μV2以上，则测试眼为非优势眼。
在本发明的一个实施例中，若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段左半球腹侧注意网络连接和θ波、low-α波频段背侧注意网络连接增强至50％以上特征，且θ波频段背侧注意网络连接随着目标刺激增大而增强至50％以上，则测试眼为优势眼；
若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段右半球腹侧注意网络连接和high-α波频段背侧注意网络连接增强至50％以上，则测试眼为非优势眼。
在本发明的一个实施例中，以黑白棋盘格视标作为标准刺激流，以黑色背景内嵌不同大小的黑白棋盘格构成的圆盘视标作为目标刺激流，以黑白棋盘格背景内嵌不同大小的黑色圆盘视标作为干扰刺激流。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种判断优势眼和非优势眼的系统，包括：
呈现模块，用于向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；
采集模块，用于采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；
处理模块，用于对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；
比对判断模块，用于将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
在本发明的一个实施例中，所述采集模块包括脑电电极帽和脑电放大器，所述脑电电极帽与所述脑电放大器电连接，所述脑电电极帽包括帽体，所述帽体上至少有32个导联电极。
在本发明的一个实施例中，所述处理模块包括脑电记录同步模块，所述脑电记录同步模块用于将视觉刺激流出现的时间频率与所引发的脑电信号的时间频率同步化。
在本发明的一个实施例中，还包括视觉刺激流制作模块，所述视觉刺激流制作模块用于制作视觉刺激流，并传输给所述呈现模块。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的判断优势眼和非优势眼的方法及系统能够准确判断优势眼和非优势眼，具有简单可行、准确度高的优点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明优选实施例中判断优势眼和非优势眼的方法的流程图；
图2是本发明优选实施例中的视觉刺激流的呈现示意图；
图3是本发明优选实施例中脑电信号采集时的大脑电极布置的左侧面观图；
图4是本发明优选实施例中脑电信号采集时的大脑电极布置的顶面观图；
图5是本发明优选实施例中的脑电功能连接图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的判断优势眼和非优势眼的方法，包括以下步骤：
S1、向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；可选的，目标刺激流和干扰刺激流包含不同大小的相应刺激。其中，所述视觉刺激流参照图2。
S2、采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号。
S3、对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图。
S4、将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
在一些实施方式中，测试者在观察到目标刺激流时注意该刺激并进行按键响应，观察到所述标准刺激流和干扰刺激流时忽略该刺激。可选的，以黑白棋盘格视标作为标准刺激流，以黑色背景内嵌不同大小的黑白棋盘格构成的圆盘视标作为目标刺激流，以黑白棋盘格背景内嵌不同大小的黑色圆盘视标作为干扰刺激流。测试者在观察到不同大小的黑白棋盘格圆盘视标时进行按键操作，观察到另外两类视标时不进行按键操作，视觉刺激流的呈现时，多个标准视标中突然插入一个需要按键相应的目标视标或圆盘和背景的物理属性与目标完全相反但需要忽略的干扰视标，视标可以根据需要按任意的比例、间隔时间和呈现时间呈现。
其中，视觉刺激流可用Eprime、EEGLab或Mitsar等开源及电脑程序设计软件或其他图像编辑工具进行制作，视标类型可根据具体情况进行调整；可应用ERP刺激范式中的Oddball或S1-S2范式形成视觉刺激流。
可选的，所述脑电信息图包括脑电时频图和脑电功能连接图，通过脑电时频图和/或脑电功能连接图的对比结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
可选的，该方法还包括以下步骤：
S5、根据脑电时频图和脑电功能连接图的综合对比结果判断优势眼和非优势眼的不对称性。
其中，脑电时频图为能量图，其在一定程度上反映了节律性、振荡性的脑电波动，提供了关于认知加工事件的时间进程以及神经基础的信息，可更为有效地显示精细加工的差异；脑电功能连接图在一定程度上反映了分散的多个神经元、神经元群或多个脑区之间的协调和通信。因此，通过脑电时频图和脑电功能连接图的综合判断来进行测试者优势眼和非优势眼的神经不对称性的评价，提升了评价准确度。
优势眼测试获得的脑电时频图和非优势眼组中的脑电时频图的比对，视觉注意刺激产生的脑振荡活动包含δ波、θ波、α波(可分为low-α波和high-α波)、β波和γ波这几种不同的频带，δ波的频段为1～3Hz，θ波的频段为4～7Hz，low-α波的频段为8～10Hz，high-α波的频段为11～12Hz，β波的频段为13～30Hz，γ波的频段为31～80Hz。
若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较大且差异在2μV2以上，且存在low-α波的能量值随着目标刺激增大而减小至2μV2以上，则测试眼为优势眼。也即目标注意监测中任意一种或几种波的能量值增大明显，且low-α波的能量值随目标大小变化明显，则表明测试眼为优势眼。
若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较小且差异在2μV2以上，且存在high-α波的能量值随着目标刺激增大而减小至2μV2以上，则测试眼为非优势眼。也即目标注意监测中任意一种或几种波的能量值减小明显，且high-α波的能量值随目标大小变化明显，则表明测试眼为非优势眼。
优势眼测试获得的脑电功能连接图和非优势眼组中的脑电功能连接图的比对，视觉注意刺激产生的脑功能连接活动包含明显的腹侧注意网络和背侧注意网络连接成分，所述的腹侧注意网络连接包括左半球腹侧额-颞区连接、右半球腹侧额-颞区连接；所述的背侧注意网络连接包括左半球额-顶区连接、右半球额-顶区连接。
若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段左半球腹侧注意网络连接和θ波、low-α波频段背侧注意网络连接增强至50％以上特征，且θ波频段背侧注意网络连接随着目标刺激增大而增强至50％以上，则测试眼为优势眼；参照图5。
若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段右半球腹侧注意网络连接和high-α波频段背侧注意网络连接增强至50％以上，则测试眼为非优势眼。
本发明优选实施例还公开了一种判断优势眼和非优势眼的系统，该系统包括呈现模块、采集模块、处理模块和比对判断模块。
呈现模块用于向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；采集模块用于采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；处理模块用于对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；比对判断模块用于将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
可选的，所述采集模块包括脑电电极帽和脑电放大器，所述脑电电极帽与所述脑电放大器电连接，所述脑电电极帽包括帽体，所述帽体上至少有32个导联电极。电极分布情况参照图3-4。
可选的，所述处理模块包括脑电记录同步模块，所述脑电记录同步模块用于将视觉刺激流出现的时间频率与所引发的脑电信号的时间频率同步化。
在一些实施例中，该系统还包括视觉刺激流制作模块，所述视觉刺激流制作模块用于制作视觉刺激流，并传输给所述呈现模块。
在外周-中枢(大脑)-外周的整体加工过程中，大脑存在对外界刺激信息的自动识别与反馈环路，并且该脑电环路受不同眼别传入的不同目标信息的影响。本发明中判断优势眼和非优势眼的方法及系统，通过分别对优势眼和非优势眼注意目标刺激流时所引发的脑电信号进行采集，并建立优势眼和非优势眼相关的视觉注意刺激、特征脑电及对应脑区的相互关系，能够明确大脑处理不同眼别传入的不同目标信息时所对应的区域部位；从大脑高级认知加工层面对眼优势进行客观检测；可以鉴别优势眼和非优势眼注意加工机制。
本发明中判断优势眼和非优势眼的方法及系统，通过脑电时频图和脑电功能连接图的综合判断，实现了在时频域和空间域上进行的客观分析，能够更加准确的反映出测试者的眼优势情况，提升了对优势眼和非优势眼的神经不对称性评价的准确性。
本实施例中的计算方法与上述实施例中判断优势眼和非优势眼的方法相同，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种判断优势眼和非优势眼的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；
S2、采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；
S3、对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；
S4、将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼；
所述脑电信息图包括脑电时频图和脑电功能连接图；
若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较大且差异在2μV2以上，且存在low-α波的能量值随着目标刺激增大而减小2μV2以上，则测试眼为优势眼；
若测试眼的脑电时频图与另一只眼相比，δ波、θ波，α波、β波和γ波中至少一种的能量值较小且差异在2μV2以上，且存在high-α波的能量值随着目标刺激增大而减小2μV2以上，则测试眼为非优势眼。
2.根据权利要求1所述的判断优势眼和非优势眼的方法，其特征在于：
若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段左半球腹侧注意网络连接和θ波、low-α波频段背侧注意网络连接增强50％以上特征，且θ波频段背侧注意网络连接随着目标刺激增大而增强50％以上，则测试眼为优势眼；
若测试眼的脑电功能连接图与另一只眼相比，具有θ波频段右半球腹侧注意网络连接和high-α波频段背侧注意网络连接增强50％以上，则测试眼为非优势眼。
3.根据权利要求1所述的判断优势眼和非优势眼的方法，其特征在于：以黑白棋盘格视标作为标准刺激流，以黑色背景内嵌不同大小的黑白棋盘格构成的圆盘视标作为目标刺激流，以黑白棋盘格背景内嵌不同大小的黑色圆盘视标作为干扰刺激流。
4.一种判断优势眼和非优势眼的系统，采用如权利要求1-3任一所述的判断优势眼和非优势眼的方法，其特征在于，包括：
呈现模块，用于向测试者呈现视觉刺激流，所述视觉刺激流包括标准刺激流、目标刺激流和干扰刺激流；
采集模块，用于采集测试者单眼观察到所述目标刺激流时产生的脑电信号；
处理模块，用于对所述脑电信号进行处理并获取脑电信息图；
比对判断模块，用于将测试者不同眼分别观察视觉刺激流过程中获取的脑电信息图进行比对，并根据比对结果判断测试者的优势眼和非优势眼。
5.根据权利要求4所述的判断优势眼和非优势眼的系统，其特征在于：所述采集模块包括脑电电极帽和脑电放大器，所述脑电电极帽与所述脑电放大器电连接，所述脑电电极帽包括帽体，所述帽体上至少有32个导联电极。
6.根据权利要求4所述的判断优势眼和非优势眼的系统，其特征在于：所述处理模块包括脑电记录同步模块，所述脑电记录同步模块用于将视觉刺激流出现的时间频率与所引发的脑电信号的时间频率同步化。
7.根据权利要求4所述的判断优势眼和非优势眼的系统，其特征在于：还包括视觉刺激流制作模块，所述视觉刺激流制作模块用于制作视觉刺激流，并传输给所述呈现模块。
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