CN115192852A - 一种基于声光学刺激的脑波调节装置 - Google Patents

一种基于声光学刺激的脑波调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于声光学刺激的脑波调节装置，包括：LED柔性像素屏、音频模块、VR眼镜、控制模块和按键模块；LED柔性像素屏、音频模块和按键模块均设置在VR眼镜上；控制模块分别与LED柔性像素屏、音频模块和按键模块连接；LED柔性像素屏用于在使用者佩戴VR眼镜时，产生光源，以对使用者进行光刺激；音频模块用于在使用者佩戴VR眼镜时，产生音频，以对使用者进行声刺激；控制模块用于通过按键模块的键入信息控制光源的颜色和频率以及音频的频率。本发明可直接采用头戴式使用，避免了外接电极、连接设备等繁琐设置，对使用者技术要求低，且检测为无创检测，方便使用。

Description

一种基于声光学刺激的脑波调节装置
技术领域
本发明涉及生理学监控和生物交互应用技术领域，特别是涉及一种基于声光学刺激的脑波调节装置。
背景技术
不同频率的脑波对应着不同的大脑状态。国际脑波学会根据振荡频率的不同，将脑波分为δ、θ、α、β、γ等，其中：德尔塔(δ)脑波振荡频率0.1-4赫兹，对应人处于催眠、沉睡状态；西塔(θ)脑波4-7赫兹，对应人处于沉于幻想、副交感神经兴奋状态；阿尔法(α)脑波8-13赫兹，对应人处于放松身心、沉思状态，可处理接收外界信息；贝塔(β)脑波13-40赫兹，对应人处于意识和幸福感提升、减轻压力状态；伽玛(γ)脑波40-100赫兹，对应机体信息处理、认知、学习、绑定感官、REM睡眠状态。
不同频率的声学、光学刺激可以对大脑皮层状态产生重要影响，在神经学和医学相关研究领域中，通过声光学刺激，可引起相应的生理心理变化，进而引起受试者主观感受的相应改变，如精神状态、睡眠、清醒水平等。现有的刺激装置往往需要采用多个电极或连接大量的仪器设备来实现，而且受限于控制条件的精确度会导致实际产生的声光学刺激无法达到精确的频率，或者仅能够维持在某一频率上进行刺激。目前尚缺少相应的可精确调节频率的光学和声学刺激源，且刺激装置佩戴过于复杂导致使用不方便。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于声光学刺激的脑波调节装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于声光学刺激的脑波调节装置，包括：LED柔性像素屏、音频模块、VR眼镜、控制模块和按键模块；
所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块均设置在所述VR眼镜上；所述控制模块分别与所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块连接；
所述LED柔性像素屏用于在使用者佩戴所述VR眼镜时，产生光源，以对所述使用者进行光刺激；所述音频模块用于在所述使用者佩戴所述VR眼镜时，产生音频，以对所述使用者进行声刺激；所述控制模块用于通过所述按键模块的键入信息控制所述光源的颜色和频率以及所述音频的频率。
优选地，还包括OLED显示屏；
所述OLED显示屏与所述控制模块连接，所述OLED显示屏用于显示所述光源的颜色、频率以及所述音频的频率。
优选地，还包括供电模块；
所述供电模块分别与所述音频模块和所述控制模块连接，所述供电模块用于对所述音频模块和所述控制模块进行供电。
优选地，还包括稳压模块；
所述供电模块通过所述稳压模块与所述控制模块连接，所述供电模块与所述音频模块通过DC5.5-2.1接口进行连接；所述稳压模块与所述控制模块通过USB接口进行连接，所述稳压模块用于对所述供电模块提供的供电电压进行处理，以对所述供电电压进行稳定输出。
优选地，还包括船型开关启动装置；
所述船型开关启动装置与所述供电模块连接，所述船型开关启动装置用于控制所述供电模块的开关。
优选地，所述音频模块包括音频播放板和扬声器；所述扬声器设置在所述VR眼镜的耳部位置；
所述音频播放板通过3.5mm接口与所述控制模块连接，所述音频播放板用于产生预设频率和声强的声音信号；所述扬声器用于根据所述声音信号产生所述音频。
优选地，所述控制模块的型号为arduino-Nano开发板。
优选地，所述按键模块包括13个档位；所述档位对应的频率值分别为1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz、60Hz、80Hz、100Hz、120Hz、140Hz、160Hz、200Hz和250Hz。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于声光学刺激的脑波调节装置，包括：LED柔性像素屏、音频模块、VR眼镜、控制模块和按键模块；所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块均设置在所述VR眼镜上；所述控制模块分别与所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块连接；所述LED柔性像素屏用于在使用者佩戴所述VR眼镜时，产生光源，以对所述使用者进行光刺激；所述音频模块用于在所述使用者佩戴所述VR眼镜时，产生音频，以对所述使用者进行声刺激；所述控制模块用于通过所述按键模块的键入信息控制所述光源的颜色和频率以及所述音频的频率。本发明可直接采用头戴式使用，避免了外接电极、连接设备等繁琐设置，对使用者技术要求低，且检测为无创检测，方便使用，且采用高品质LED柔性全彩屏幕，无余辉效应，可有效去除余辉对光学刺激过程的影响。同时可按需进行高精度的光源颜色、光强度的调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的装置结构示意图；
图2为本发明提供的实施例中的技术方案示意图；
图3为本发明提供的实施例中的产品模块组成图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于声光学刺激的脑波调节装置，能够直接采用头戴式使用，避免了外接电极、连接设备等繁琐设置，对使用者技术要求低，且检测为无创检测，方便使用，且采用高品质LED柔性全彩屏幕，无余辉效应，可有效去除余辉对光学刺激过程的影响。同时可按需进行高精度的光源颜色、光强度的调控。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的实施例中的装置结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种基于声光学刺激的脑波调节装置，包括：LED柔性像素屏、音频模块、VR眼镜、控制模块和按键模块；
所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块均设置在所述VR眼镜上；所述控制模块分别与所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块连接；
所述LED柔性像素屏用于在使用者佩戴所述VR眼镜时，产生光源，以对所述使用者进行光刺激；所述音频模块用于在所述使用者佩戴所述VR眼镜时，产生音频，以对所述使用者进行声刺激；所述控制模块用于通过所述按键模块的键入信息控制所述光源的颜色和频率以及所述音频的频率。
具体的，本实施例具体设定了光源变化、频率调节、光强调节、音频播放功能。设备整体上，采用可穿戴式方案，相对于固定式设备，穿戴式设备具有便携性，更是可以通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现更加强大的功能，具有较强的开发潜力。
本实施例针对光刺激，采用LED柔性像素屏以实现光刺激，LED柔性像素屏支持高频闪烁、显示颜色多样、稳定性好，可满足使用需求；针对声刺激，为了让用户有多感知性和沉浸式临场感，采用音频播放板使音量、音频可调节，且使用OMTP的标准的3.5mm接口，输出模拟信号，并采用数字音频技术，避免模拟信号受噪声和干扰的影响，扩大音频的动态范围。采用独立按键模块，使用户可以充分个性化自己的声光体验，技术关系如图2所示。
优选地，还包括OLED显示屏；
所述OLED显示屏与所述控制模块连接，所述OLED显示屏用于显示所述光源的颜色、频率以及所述音频的频率。
优选地，所述按键模块包括13个档位；所述档位对应的频率值分别为1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz、60Hz、80Hz、100Hz、120Hz、140Hz、160Hz、200Hz和250Hz。
作为一种可选的实施方案，本实施例通过按键模块来控制屏幕闪烁的频率和声音频率：1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz、60Hz、80Hz、100Hz、120Hz、140Hz、160Hz、200Hz、250Hz这13个档位；通过按键模块中的按键来控制屏幕光源颜色：红色、绿色、蓝色；且屏幕闪烁的频率、声音的频率、屏幕光源颜色都可以实时地在OLED显示屏上显示出来。给用户以不同的感受，构成多种形态的声、光刺激。
优选地，还包括供电模块；
所述供电模块分别与所述音频模块和所述控制模块连接，所述供电模块用于对所述音频模块和所述控制模块进行供电。
优选地，还包括稳压模块；
所述供电模块通过所述稳压模块与所述控制模块连接，所述供电模块与所述音频模块通过DC5.5-2.1接口进行连接；所述稳压模块与所述控制模块通过USB接口进行连接，所述稳压模块用于对所述供电模块提供的供电电压进行处理，以对所述供电电压进行稳定输出。
优选地，还包括船型开关启动装置；
所述船型开关启动装置与所述供电模块连接，所述船型开关启动装置用于控制所述供电模块的开关。
优选地，所述音频模块包括音频播放板和扬声器；所述扬声器设置在所述VR眼镜的耳部位置；
所述音频播放板通过3.5mm接口与所述控制模块连接，所述音频播放板用于产生预设频率和声强的声音信号；所述扬声器用于根据所述声音信号产生所述音频。
优选地，所述控制模块的型号为arduino-Nano开发板。
可选地，如图3所示，本实施例中主控制机(控制模块)为arduino-Nano开发板，完成代码的调试以实现LED柔性像素屏的光输出、音频播放板的声输出及OLED显示屏的同步显示。音频模块用于将指定的音频通3.5mm耳机口与VR眼镜连接。VR眼镜上部设置有8个独立的按键可以控制闪烁频、声音频率、光源颜色、音量大小，用户可方便地个性化自己的沉浸式声光体验。
该装置内接一个1800mAh的12V锂电池组(供电模块)供电，将12V电源一端通过DC5.5-2.1接口传输给音频播放板；另一端通过导线传输给稳压模块，从而使稳压模块稳定输出5V电压通过USB接口输送给arduino-Nano开发板,arduino-Nano开发板通过串口驱动并控制OLED显示屏、LED柔性像素屏及独立按键模块；同时锂电池组串联一个船型开关，从而实现装置的启动和停止。用适配的充电器通过DC5.5-2.1接口与该装置充电。
通过船型开关启动装置后，该装置默认会以1Hz的闪烁频率、1Hz的声音频率、红色光源启动，用户可在按下VR眼镜上部的8个独立按键个性化自己的声光体验，且OLED显示屏会实时显示LED柔性像素屏的闪烁频率、声音频率、颜色，便于用户观察并调节。
本发明的有益效果如下：
(1)高品质柔性LED全彩屏幕。系统采用高品质LED柔性全彩屏幕，无余辉效应，可有效去除余辉对光学刺激过程的影响。同时可按需进行光源颜色、光强度的调控。
(2)声音模块采用标准3.5mm接口，可对接宽频谱的扬声器，可根据需要定制相应的频率、声强的声学刺激源和音频播放设备，兼容性强。
(3)采用可充电电池供电，增加了产品的便携性。
(4)频率精准可调。系统采用arduino-Nano开发模块控制刺激频率，频率范围在1-250Hz，多档可精准调整，并能够实时数字化显示。
(5)频率范围涉及多个脑波频段，可满足促睡眠、促觉醒、提升注意力、提升学习记忆能力等不同的刺激需求。
(6)产品可直接采用头戴式使用，避免了外接电极、连接设备等繁琐设置，对使用者技术要求低，且检测为无创检测，方便使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，包括：LED柔性像素屏、音频模块、VR眼镜、控制模块和按键模块；
所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块均设置在所述VR眼镜上；所述控制模块分别与所述LED柔性像素屏、所述音频模块和所述按键模块连接；
所述LED柔性像素屏用于在使用者佩戴所述VR眼镜时，产生光源，以对所述使用者进行光刺激；所述音频模块用于在所述使用者佩戴所述VR眼镜时，产生音频，以对所述使用者进行声刺激；所述控制模块用于通过所述按键模块的键入信息控制所述光源的颜色和频率以及所述音频的频率。
2.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，还包括OLED显示屏；
所述OLED显示屏与所述控制模块连接，所述OLED显示屏用于显示所述光源的颜色、频率以及所述音频的频率。
3.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，还包括供电模块；
所述供电模块分别与所述音频模块和所述控制模块连接，所述供电模块用于对所述音频模块和所述控制模块进行供电。
4.根据权利要求3所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，还包括稳压模块；
所述供电模块通过所述稳压模块与所述控制模块连接，所述供电模块与所述音频模块通过DC5.5-2.1接口进行连接；所述稳压模块与所述控制模块通过USB接口进行连接，所述稳压模块用于对所述供电模块提供的供电电压进行处理，以对所述供电电压进行稳定输出。
5.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，还包括船型开关启动装置；
所述船型开关启动装置与所述供电模块连接，所述船型开关启动装置用于控制所述供电模块的开关。
6.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，所述音频模块包括音频播放板和扬声器；所述扬声器设置在所述VR眼镜的耳部位置；
所述音频播放板通过3.5mm接口与所述控制模块连接，所述音频播放板用于产生预设频率和声强的声音信号；所述扬声器用于根据所述声音信号产生所述音频。
7.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，所述控制模块的型号为arduino-Nano开发板。
8.根据权利要求1所述的基于声光学刺激的脑波调节装置，其特征在于，所述按键模块包括13个档位；所述档位对应的频率值分别为1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz、60Hz、80Hz、100Hz、120Hz、140Hz、160Hz、200Hz和250Hz。
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Application publication date: 20221018

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