CN114668947A - 一种基于eeg进行睡眠tmr的操作系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及EEG信号识别技术领域，且公开了一种基于EEG进行睡眠中目标记忆再激活(TMR)的操作系统及方法，由便携式电脑，open BCI同步端，16导脑电电极、2导肌电电极、干预端和3‑6V电源组成，所述便携式电脑的储存要求为500G内存，所述open BCI同步端的电源供电需求为：3‑6V直流电源，硬件配置为：PIC32MX250F128B微型控制器，chip KIT UDB32‑MX2‑DIP引导加载器，ADS1299模拟前端，LIS3DH 3轴加速度计，同步端单边长度1英寸，安装固定孔径为1/16英寸，本发明具有个体负性记忆线索，能够引导正性情绪记忆来降低负性记忆及情绪唤醒反应，并能在睡眠干预后负性记忆和情绪唤醒反应改变的脑和生理机制，在受试者慢波睡眠阶段出现特定睡眠波形时自动给阈下听觉线索刺激，具有更好的目标记忆重激活效果。

Description

一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法
技术领域
本发明涉及EEG信号识别技术领域，更具体地涉及一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法。
背景技术
睡眠是高等脊椎动物周期性出现的一种自发的和可逆的静息状态，表现为机体对外界刺激的反应性降低和意识的暂时中断，通过对睡眠进行监测可以使医生能够评价那些仅在睡眠中出现的状况，这些状况不能在常规的诊室检查中检测到，睡眠监测有助于鉴别睡眠相关疾病的多种原因，制定有效的治疗，并进行疗效评价，睡眠监测是一个需要一整夜的监测，它通过采集分析身体的各种信号来提供有关睡眠健康的重要生命信息，包括脑电波、心电图、肌肉活动、眼睛的运动、呼吸运动和血氧的水平。
在特定的睡眠阶段，大脑仍然在对白天所接收的信息进行加工和储存，这种现象叫“记忆巩固”，近年来，睡眠与记忆巩固的关系成为了其中很重要的研究，得到了涉及行为学、生理学、细胞学和分子学等水平的实验证据支持，并且逐步发展出了再刺激—巩固理论、突触稳态假说和记忆片段重演重叠理论来对睡眠依赖的记忆巩固进行解释，记忆巩固的自然趋势可以通过外部线索来诱导，该过程被称为目标记忆重激活(TMR)，大量实证研究表明，人为的在睡眠过程中对近期学习内容进行目标记忆重激活可以调节记忆巩。
目标记忆重激活能针对性的对记忆进行操作，在睡眠期间促进记忆的巩固效应，传统技术进行目标记忆重激活时，给受试者呈现的记忆材料都是中性图片，只能以相同的时间间隔在受试者慢波睡眠阶段给予听觉刺激，受试者必须到具备睡眠监测设备的特定场所进行试验，且现有技术设备的导数有限。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法，本发明所要解决的技术问题是：图像采集时所以采集到的图像不清晰，且无法根据采集到的图像进行识别报警。
参照图1-5，一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法，由便携式电脑，openBCI同步端，16导脑电电极、2导肌电电极、干预端和3-6V电源组成，所述便携式电脑的储存要求为500G内存。
在一个优选的实施方案中，所述open BCI同步端的电源供电需求为：3-6V直流电源，硬件配置为：PIC32MX250F128B微型控制器，chip KIT UDB32-MX2-DIP引导加载器，ADS1299模拟前端，LIS3DH 3轴加速度计，射频无线电，存储设置为：微型SD卡槽，电压调节设施为3V±2.5V，同步端尺寸为：2.41英寸×2.41英寸的八边形电路板，单边长度1英寸，安装固定孔径为1/16英寸，Open BCI是一个拥有高度可定制性及造价适中的脑电图平台，开发人员可以通过应用程序和软件清晰的访问人类的脑电波数据，并且通过图像显示出来，可以让每个有笔记本电脑的人都能够读取自己的EEG(脑电图)和EMG(肌电图)。
在一个优选的实施方案中，所述16导脑电电极与2导肌电电极的电极为盘状镀金电极，线材为超软硅胶，长度为1m±5cm，接头为Pin1.5通用接头。
在一个优选的实施方案中，所述干预端系统为Ubuntu 18.4 Low Latency，内存要求为4G及以上，硬盘要求为500G，处理器为：5代酷睿i5低压处理器，耳机为：入耳式有线耳机。
在一个优选的实施方案中，所述16导脑电电极连接在前额处，所述2导肌电电极连接在耳垂上，前额处的EEG在0.25Hz和4Hz之间过滤，并以200Hz采样，每次EEG信号越过自适应阈值到达较大负值时，触发听觉刺激。
一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，整体实验过程为：
S1、准备实验材料，编码的记忆材料和干预的材料均有相同的故事框架，由11张幻灯片组成，每一张幻灯片都配有语音描述幻灯片发生的情节，整个故事播完需时6分钟左右；
S2、第一天编码消极的故事并对故事所引发的情绪进行自我评估，10分钟后测定故事记忆情况作为基线；
S3、一周后的同一时间，让被试观看第一天消极故事的开头，旨在激活被试的消极记忆，并在10分钟后对激活的不稳定的消极记忆进行干预，干预材料为积极以及消极的故事，12小时后，进行消极故事记忆的后测；
S4、一天后，被试经过一晚正常的睡眠，在早上同一时间对消极故事记忆以及情绪再次进行测定。
在一个优选的实施方案中，脑电波检测分为准备工作、建立open BCI、进行记录工作、进行刺激工作，脑电波检测工作前需将被测者的头发清洗并吹干。
在一个优选的实施方案中，open BCI设备进行工作，降低电阻，确保Open BCI设备能接收到电极端的EEG信号，通过加密狗将电脑与Open BCI设备连接，启动程序，信号稳定后开始记录。
在一个优选的实施方案中，所述睡眠记录进行记录工作，检测EEG、EMG、EOG能否正常工作，被试者开始睡眠并实时监控睡眠脑电波，EEG、EOG、EMG数据会在屏幕对应位置显示，等待被试睡眠进入慢波阶段，准备呈现刺激。
在一个优选的实施方案中，进行刺激工作时，提前测量被试听觉阈限下限，慢波睡眠期间，打开记录开关开始收集数据，并开始呈现听觉刺激，监控ERP窗口，ERP无变化时适当调高音量，慢波睡眠结束时停止刺激，90分钟后唤醒被试，保存数据并开始睡眠后测。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明具有个体负性记忆线索，能够引导正性情绪记忆来降低负性记忆及情绪唤醒反应，并能在睡眠干预后负性记忆和情绪唤醒反应改变的脑和生理机制，在受试者慢波睡眠阶段出现特定睡眠波形时自动给听觉刺激，具有更好的目标记忆重激活效果；
2、本发明通过设有16导脑电电极与2导肌电电极，检测结果更加准确，设备的导数越多，所能探测到的脑电信号越多，因此所能处理的信息量越多，因此采集到更多的脑电信号，所测量的结果更加准确；
本发明通过采用积极的和中性的故事进行干预刺激，检测的数据可实现远程传输，并且在睡眠阶段可以自动给受试者听觉刺激，并能够有效诱发脑电反应,本系统使用时更加方便与灵活；
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的信号传输流程示意图。
图3为本发明的系统检测结构示意图。
图4为本发明的清醒状态与慢波睡眠脑电波示意图。
图5为本发明的慢波睡眠脑电波振荡波谷探测与阈下听觉线索示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
实施例一：参照图1-5，本发明提供了一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统及方法，由便携式电脑，open BCI同步端，16导脑电电极、2导肌电电极、干预端和3-6V电源组成，所述便携式电脑的储存要求为500G内存。
进一步的，所述open BCI同步端的电源供电需求为：3-6V直流电源，硬件配置为：PIC32MX250F128B微型控制器，chip KIT UDB32-MX2-DIP引导加载器，ADS1299模拟前端，LIS3DH 3轴加速度计，射频无线电，存储设置为：微型SD卡槽，电压调节设施为3V±2.5V，同步端尺寸为：2.41英寸×2.41英寸的八边形电路板，单边长度1英寸，安装固定孔径为1/16英寸，用户能够清晰的在脑电波解析图中看到自己大脑活跃情况，每个电极都对应相应的曲线，在刻意思考某些事情或做出某个动作时用户都能看到脑电图相应的变化，同时也就能判断是哪个电极对应的大脑区域信号比较活跃。
进一步的，所述16导脑电电极与2导肌电电极的电极为盘状镀金电极，线材为超软硅胶，长度为1m±5cm，接头为Pin1.5通用接头，通过对脑电电极与肌电电极的材质进行要求，使得设备使用时更加柔软的与人体接触，被试者体验更加舒适。
进一步的，所述干预端系统为Ubuntu 18.4 Low Latency，内存要求为4G及以上，硬盘要求为500G，处理器为：5代酷睿i5低压处理器，耳机为：入耳式有线耳机。
进一步的，所述16导脑电电极连接在前额处，所述2导肌电电极连接在耳垂上，前额处的EEG在0.25Hz和4Hz之间过滤，并以200Hz采样，每次EEG信号越过自适应阈值到达较大负值时，触发听觉刺激，默认情况下，阈值设置为-80μV，通过计算前5秒的最小振幅信息，以每2秒/次的速度反馈更新一次阈值，能够更好进行刺激。
一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，整体实验过程为：
S1、准备实验材料，编码的记忆材料和干预的材料均有相同的故事框架，由11张幻灯片组成，每一张幻灯片都配有语音描述幻灯片发生的情节，整个故事播完需时6分钟左右；
S2、第一天编码消极的故事并对故事所引发的情绪进行自我评估，10分钟后测定故事记忆情况作为基线；
S3、一周后的同一时间，让被试观看第一天消极故事的开头，旨在激活被试的消极记忆，并在10分钟后对激活的不稳定的消极记忆进行干预，干预材料为积极以及消极的故事，12小时后，进行消极故事记忆的后测；
S4、一天后，被试经过一晚正常的睡眠，在早上同一时间对消极故事记忆以及情绪再次进行测定。
进一步的，脑电波检测分为准备工作、建立open BCI、进行记录工作、进行刺激工作，脑电波检测工作前需将被测者的头发清洗并吹干。
进一步的，open BCI设备进行工作，降低电阻，确保Open BCI设备能接收到电极端的EEG信号，通过加密狗将电脑与Open BCI设备连接，启动程序，信号稳定后开始记录。
进一步的，所述睡眠记录进行记录工作，检测EEG、EMG、EOG能否正常工作，被试者开始睡眠并实时监控睡眠脑电波，EEG、EOG、EMG数据会在屏幕对应位置显示，等待被试睡眠进入慢波阶段，准备呈现刺激。
进一步的，进行刺激工作时，提前测量被试听觉阈限下限，慢波睡眠期间，打开记录开关开始收集数据，并开始呈现听觉刺激，监控ERP窗口，ERP无变化时适当调高音量，慢波睡眠结束时停止刺激，90分钟后唤醒被试，保存数据并开始睡眠后测。
实施例二：
EEG、EOG、EMG数据检查表为：眼睛请看向左、右，左、右，…(3-4左-右)，OK，做的很好，休息5-10秒钟；眼睛请看向上、下，上、下，…(3-4上-下)，OK，你做的很不错，休息5-10秒钟；OK，现在开始眨眼、眨眼、眨眼…WOW做的很好，休息5-10秒钟；现在用力的咬牙几秒钟，现在做一个生气的脸，并试着用你的下嘴唇包着上嘴唇，休息5-10秒钟；现在放松，请闭上你的眼睛，直到我倒数到1(主试开始大声从30倒数到1)30…1！现在睁开你的眼睛，想象一些美好的事情，保证设备与系统进行检测时的准确性。
实施例三：
OpenBCI链式模块为：8个高增益低躁通道，且能兼容各种电极，德州仪器ADS1299ADC，24位分辨率，可变增益为1,2,4,6,8,12,24；具有3.3V数码可控电压与±2.5V模拟可控电压且由Open BCI供电。
实施例四：
OpenBCI为32位8通道电路板，具有8个高增益低躁通道，且能兼容各种电极，PIC32MX250F128B单片机w/chip KITTM启动器，工作频率为50MHz
，且含有低功率蓝牙发射器，具有24位分辨率，可变增益为：1,2,4,6,8,12,24，具有3.3V数码可控电压、±2.5V模拟可控电压与3.3-12V输入电压，LIS3DH加速度仪，设备内具有微型SD卡、5共享数字/模拟功能并口，3个并口可虚拟。
实施例五：
Open BCI传输狗具有RFD22301蓝牙接收器与FT231X转换器，可以上传代码至OpenBCI或传输狗，且插脚可兼容。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于EEG进行睡眠中目标记忆再激活(TMR)的操作系统，其特征在于：由便携式电脑，openBCI同步端，16导脑电电极、2导肌电电极、干预端和3-6V电源组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统，其特征在于：所述openBCI同步端的电源供电需求为：3-6V直流电源，硬件配置为：PIC32MX250F128B微型控制器，chip KIT UDB32-MX2-DIP引导加载器，ADS1299模拟前端，LIS3DH 3轴加速度计，射频无线电，存储设置为：微型SD卡槽，电压调节设施为3V±2.5V，同步端尺寸为：2.41英寸×2.41英寸的八边形电路板，单边长度1英寸，安装固定孔径为1/16英寸。
3.根据权利要求1所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统，其特征在于：所述16导脑电电极与2导肌电电极的电极为盘状镀金电极，线材为超软硅胶，长度为1m±5cm，接头为Pin1.5通用接头。
4.根据权利要求1所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统，其特征在于：所述干预端系统为Ubuntu 18.4Low Latency，内存要求为4G及以上，硬盘要求为500G，处理器为：5代酷睿i5低压处理器，耳机为：入耳式有线耳机。
5.根据权利要求1所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的操作系统，其特征在于：所述16导脑电电极连接在前额处，所述2导肌电电极连接在耳垂上，前额处的EEG在0.25Hz和4Hz之间过滤，并以200Hz采样，每次EEG信号越过自适应阈值到达较大负值时，触发听觉刺激。
6.一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，其特征在于，整体实验过程为：
S1、准备实验材料，编码的记忆材料和干预的材料均有相同的故事框架，由11张幻灯片组成，每一张幻灯片都配有语音描述幻灯片发生的情节，整个故事播完需时6分钟左右；
S2、第一天编码消极的故事并对故事所引发的情绪进行自我评估，10分钟后测定故事记忆情况作为基线；
S3、一周后的同一时间，让被试观看第一天消极故事的开头，旨在激活被试的消极记忆，并在10分钟后对激活的不稳定的消极记忆进行干预，干预材料为积极以及消极的故事，12小时后，进行消极故事记忆的后测；
S4、一天后，被试经过一晚正常的睡眠，在早上同一时间对消极故事记忆以及情绪再次进行测定。
7.根据权利要求6所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，其特征在于：脑电波检测分为准备工作、建立open BCI、进行记录工作、进行刺激工作，脑电波检测工作前需将被测者的头发清洗并吹干。
8.根据权利要求6所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，其特征在于：open BCI设备进行工作，降低电阻，确保Open BCI设备能接收到电极端的EEG信号，通过加密狗将电脑与Open BCI设备连接，启动程序，信号稳定后开始记录。
9.根据权利要求6所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，其特征在于：所述睡眠记录进行记录工作，检测EEG、EMG、EOG能否正常工作，被试者开始睡眠并实时监控睡眠脑电波，EEG、EOG、EMG数据会在屏幕对应位置显示，等待被试睡眠进入慢波阶段，准备呈现阈下声音线索刺激。
10.根据权利要求6所述的一种基于EEG进行睡眠TMR的方法，其特征在于：进行刺激工作时，提前测被试个体化的听觉阈限下限；被试经短暂准备后，躺下后进入睡眠状态后，打开记录开关开始收集数据；当被试进入慢波睡眠期间，每当探测到慢波睡眠振荡的波谷时，延迟200毫秒开始呈现阈下听觉线索刺激，同时监控ERP窗口，ERP无变化时适当调高音量；慢波睡眠结束时停止刺激，90分钟后唤醒被试，保存数据并开始睡眠后测。
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