基于运动想象的脑机接口训练方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于生物医学技术领域，提供了基于运动想象的脑机接口训练方法及装置。该方法包括：基于目标物体生成抓握运动训练场景；采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号；对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号；从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征；根据提取的所述运动想象脑电信号特征训练分类器。本发明专利技术基于目标物体生成抓握运动训练场景，增加了受试者的运动想象能力，使受试者更容易产生运动想象的脑电信号特征，从而能够获得较好的训练效果，能够提高脑机接口的左右手运动想象任务的分类准确率，且操作简单、易于实现。

【技术实现步骤摘要】
基于运动想象的脑机接口训练方法及装置
本专利技术属于生物医学
，尤其涉及基于运动想象的脑机接口训练方法及装置。
技术介绍
脑机接口是一种不依赖于人们正常的外围神经和肌肉组织构成的通信技术，它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在大脑活动过程中会产生不同特征的脑电信号，脑机接口借助于计算机及其它辅助外围设备对脑电信号进行检测、处理并转化为控制信号，实现人脑和外界之间的信息传输。脑机接口是涉及脑科学、认知科学以及其他工程技术学科的具有深远意义的新技术，为人们提供了一个研究脑功能与认知科学的交互平台，其在康复医疗、生活、娱乐乃至军事领域有着广泛的应用前景。现有的脑机接口范式主要包括：基于视觉稳态的脑机接口、基于听觉的脑机接口、基于运动想象的脑机接口以及基于P300的脑机接口等。上述脑机接口系统通过检测用户大脑对视听觉刺激或运动意图等认知获得的响应，完成用户大脑与外界的直接交互。在诸多脑机接口范式中，基于运动想象的脑机接口具有操作方便以及用户使用自主性强等优点，因此得到广泛的研究。然而，运动想象脑电信号属于自发生理电信号，其信噪比低，易受到强伪迹的干扰，具有高度非平稳性和非线性等特点。为提高运动想象脑电信号的识别率，现有技术主要从两个方面解决：一方面是通过改进的机器学习或信号处理算法来提高大脑运动想象状态的分类准确性；另一方面是通过对受试者进行运动想象控制能力的训练，增强被试运动想象信号特征，以达到提高大脑运动想象任务识别率的效果。现有的大部分研究关注在改进脑信号识别算法方面，而后者所涉及内容未受到广泛的关注。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：目前的研究集中于对脑信号识别算法的改进，忽视了通过设计不同训练方式以增强运动想象脑信号特征方面的研究。由于运动想象脑电属于自发脑电，其不可避免地存在信噪比低等问题，在信号质量低或特征不显著的前提下，即使采用先进的信号处理及识别算法，也无法明显提高训练效果。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于运动想象的脑机接口训练方法及装置，以解决现有的基于运动想象的脑机接口训练技术的分类准确率较低、训练效果较差的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于运动想象的脑机接口训练方法，包括：基于目标物体生成抓握运动训练场景；采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号；对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号；从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征；根据提取的所述运动想象脑电信号特征训练分类器。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于运动想象的脑机接口训练装置，包括：训练场景生成单元，用于基于目标物体生成抓握运动训练场景；采集单元，用于采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号；脑电信号提取单元，用于对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号；特征获取单元，用于从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征；训练单元，用于根据提取的所述运动想象脑电信号特征训练分类器。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例基于目标物体生成抓握运动训练场景，增加了受试者的运动想象能力，使受试者更容易产生运动想象的脑电信号特征，从而能够获得较好的训练效果，能够提高脑机接口的左右手运动想象任务的分类准确率，且操作简单、易于实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中无目标物体的抓握运动训练场景的示意图；图3是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中有静态目标物体的抓握运动训练场景的示意图；图4是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中有动态目标物体的抓握运动训练场景的示意图；图5是脑电信号的采集设备及训练环境的示意图；图6是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法步骤S103的具体实现流程图；图7是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中根据抓握运动训练场景中抓握运动的触发时间对滤波信号进行标记的示意图；图8是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法步骤S104的具体实现流程图；图9是本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练装置的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法的实现流程图，详述如下：在步骤S101中，基于目标物体生成抓握运动训练场景。优选地，所述基于目标物体生成抓握运动训练场景包括：生成无目标物体的抓握运动训练场景，生成有静态目标物体的抓握运动训练场景，和/或生成有动态目标物体的抓握运动训练场景。图2示出了本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中无目标物体的抓握运动训练场景的示意图。图3示出了本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中有静态目标物体的抓握运动训练场景的示意图。其中，静态目标物体可以为苹果或者水杯等，在此不作限定。图4示出了本专利技术实施例提供的基于运动想象的脑机接口训练方法中有动态目标物体的抓握运动训练场景的示意图。其中，动态目标物体可以为会飞的昆虫等，在此不作限定。优选地，所述基于目标物体生成抓握运动训练场景具体为：基于目标物体生成三维虚拟抓握运动训练场景。作为本专利技术的一个实施例，基于目标物体生成三维虚拟抓握运动训练场景。三维虚拟抓握运动训练场景相对于二维训练场景能增强受试者大脑的控制能力，能够方便受试者进行左右手运动想象能力训练，使受试者产生更容易识别的运动想象脑电信号特征，为后续脑电信号特征提取及分类器的训练提供可靠保证，降低训练难度，使操作更简单、更易于实现。在步骤S102中，采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号。图5示出了脑电信号的采集设备及训练环境的示意图。参照图5，在实验过程中，受试者坐在安静的实验室内，眼睛注视着计算机屏幕上的抓握运动训练场景，根据抓握运动训练场景提示的动作想象相应的左/右手抓握动作。在无目标物体的抓握运动训练场景中，受试者根据无目标物体的抓握运动训练场景的提示想象自己的左/右手从伸展到握紧的过程；在有静态目标物体的抓握运动训练场景中，受试者根据有静态目标物体的抓握运动训练场景的提示想象自己的左/右手抓紧同侧静态目标物体的过程；在有动态目标物体的抓握运动训练场景中，受试者根据有动态目标物体的抓握运动训练场景的提示想象自己的左/右手抓握同侧动态目标物体的过程。作为本专利技术的一个实施例，采用脑电记录仪器采集受试者根据抓握运动训练场景产生的原始脑电信号，例如，同时采集32通道的原始脑电信号，信号采样频率为256Hz。作为本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动想象的脑机接口训练方法，其特征在于，包括：基于目标物体生成抓握运动训练场景；采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号；对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号；从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征；根据提取的所述运动想象脑电信号特征训练分类器。

【技术特征摘要】
1.一种基于运动想象的脑机接口训练方法，其特征在于，包括：基于目标物体生成抓握运动训练场景；采集受试者根据所述抓握运动训练场景产生的原始脑电信号；对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号；从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征；根据提取的所述运动想象脑电信号特征训练分类器。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标物体生成抓握运动训练场景包括：生成无目标物体的抓握运动训练场景，生成有静态目标物体的抓握运动训练场景，和/或生成有动态目标物体的抓握运动训练场景。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标物体生成抓握运动训练场景具体为：基于目标物体生成三维虚拟抓握运动训练场景。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述原始脑电信号进行预处理，并提取运动想象时间段对应的脑电信号包括：对所述原始脑电信号进行滤波，得到滤波信号；根据所述抓握运动训练场景中抓握运动的触发时间对所述滤波信号进行标记；根据标记信息从所述滤波信号中提取运动想象时间段对应的脑电信号。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述运动想象时间段对应的脑电信号中获取运动想象脑电信号特征包括：根据所述运动想象时间段对应的脑电信号生成第一矩阵；对左右手运动想象时间段对应的脑电信号矩阵进行对角化，得到投影矩阵；通过所述投影矩阵对所述第一矩阵进行空间滤波，得到第二矩阵；对所述第二矩阵进行预设变化，得到运动想象脑电信号特征。6.一种基于运动想象的脑机接口训练装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁爽，秦璟，王琼，王平安，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44