一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统。包括了特制的EEG脑电刺激仪、特制的EEG信号分析系统、睡眠分析算法和特制的电波刺激方式四个部分。本平台的工作原理为：1、特制的EEG脑电刺激仪采集使用者睡眠时的脑电波实时传入特制的EEG信号分析系统：2、分析系统将EEG信号进行解码和预处理，再通过机器学习算法判断使用者的睡眠阶段；3、当使用者进入快速眼动睡眠阶段时，发送刺激指令给刺激仪进行电波刺激，增强大脑记忆功能；4、当使用者进入非快速眼动睡眠阶段，停止发送刺激指令，停止电波刺激。本发明专利技术对睡眠EEG信号的数据特征进行分析，应用睡眠时慢波频率脑电刺激，促进特定神经元(ABNs)的同步从而增强记忆的原理，实现了在睡眠时增强大脑记忆力的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统
本专利技术属于EEG信号识别技术与干预
，具体涉及一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统。
技术介绍
研究发现睡眠的REM期，是海马体记忆形成和巩固的关键时期，有助于记忆的形成、巩固和保持，REM睡眠期间发生的特定theta节律脑波活动对记忆巩固是必要的。参见：Boyce，R.，Glasgow，S.D.，Williams，S.，&Adamantidis，A.R.(2016).CausalevidencefortheroleofREMsleepthetarhythmincontextualmemoryconsolidation.Science，352(6287)，812-816.[Boyceetal.，2016]。进一步地，通过电刺激，人为地对REM睡眠期间发生的独特的脑电波振荡进行干预，增强海马体突触可塑性，促进特定神经元(ABNs)之间的同步，可以起到增强记忆力的作用，参见：Miller，S.M.，&Sahay，A.(2019).Functionsofadult-bornneuronsinhippocampalmemoryinterferenceandindexing.NatureNeuroscience，22(10)，1565-1575。现今睡眠EEG信号识别技术已成熟，可根据EEG信号的特征判断睡眠者所处的睡眠阶段，并进行持续监测。存在的问题是，目前市面上还没有便于日常使用的，通过EEG信号技术实现脑电刺激增强使用者记忆力的产品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统，以解决目前市面上没有便捷式的、通过EEG信号与脑电刺激技术增强记忆力产品的情况。本系统基于睡眠EEG信号特征和脑电干预技术进行设计，可实现对使用者在睡眠阶段的监测，并在快速眼动睡眠阶段给予特制的脑电刺激用以增强使用者的记忆能力。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统。本系统包括一套睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤，此步骤应用了特制的EEG脑电刺激仪、特制的EEG信号分析系统、睡眠分析算法和特制的脑电刺激方式四个部分。本系统基于便捷式EEG设备，对睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤为：第一步：通过佩戴特制的EEG脑电刺激仪，采集使用者睡眠时的EEG信号；第二步：对EEG信号进行放大并编码，实时传输到特制的EEG信号分析系统；第三步：特制的EEG信号分析系统进行解码和预处理提取特征，并应用机器学习算法进行信号分析，通过EEG信号判别使用者所处的睡眠阶段；第四步：当检测到使用者进入快速眼动睡眠阶段时，发送刺激指令给脑电刺激仪进行特制的电波刺激，从而增强大脑的记忆功能；第五步：当检测到使用者进入非快速眼动睡眠阶段时，停止发送刺激指令，结束电波刺激。优选的：所述第一步和第二步中信号采集和传输步骤具体流程为：第一步：使用者佩戴的特制的EEG脑电刺激仪的采集电极阵列为额叶点位3个和枕叶点位2个，分别用于采集额叶及枕叶的脑电波信号和参考脑电波信号；第二步：特制的EEG脑电刺激仪通过外传部件将信号进行放大和编码，整合为高频数字信号传输给特制的EEG信号分析系统。优选的：所述第三步进行信号解码、预处理、特征提取和分析判别步骤计算流程为：第一步：特制的EEG信号分析系统对高频数字信号进行解码，还原为多通道的EEG信号；第二步：通过回归法、自适应滤波和独立分量分析法，对信号进行滤波和降噪，去除干扰和噪声；第三步：对处理后的脑电波数据进行时域和频域的参数提取和特征变化，并进行归类；第四步：使用随机森林机器学习算法计算时域和频域的特征组合，得到不同睡眠阶段的参数；第五步：通过建立并不断完善不同睡眠阶段的参数特征库，对比EEG信号的特征参数，判别使用者所处的睡眠阶段。优选的：所述第三步睡眠阶段分类及其特征为：清醒阶段：α波特征，参数为8～13Hz，20～40μV；浅睡阶段：顶尖波特征，参数为4～7Hz，持续时间小于0.5秒；中度睡眠阶段：睡眠纺锤波和K复合波特征，参数为11～16Hz，小于50μV，持续时间大于0.5秒；深度睡眠阶段：δ波特征，参数为0.5～2Hz，大于75μV；快速眼动阶段(REM期)：θ波特征，参数为3～7Hz，小于50μV。优选的：所述第四步特制的电波刺激方式的特征为：电波参数：电压为负0.7至正1mV，电波波形为1ms的完整方波，每个方波间隔40ms；刺激方式：每隔10s进行一次持续560ms的电波刺激。优选的：所述第四步和第五步开启和停止脑电刺激的步骤具体流程为：第一步：特制的EEG信号分析系统实时分析使用者的睡眠阶段，当特征参数达到快速眼动睡眠阶段时，发送刺激指令给特制的EEG脑电刺激仪；第二步：特制的EEG脑电刺激仪接收到刺激指令后，控制位于前额采集电极阵列两侧各1个的刺激电极，以特制的电波刺激方式进行电波刺激，利用慢波频率脑电增强脑部纺锤体共振，增强大脑的记忆功能；第三步：实时分析使用者的脑电波信号特征参数，如一直处于快速眼动睡眠阶段，则持续发送刺激指令给特制的EEG脑电刺激仪，进行持续电波刺激；第四步：实时分析使用者的脑电波信号特征参数，如使用者不在快速眼动睡眠阶段，则停止刺激指令给特制的EEG脑电刺激仪，停止电波刺激。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于便捷式EEG设备设计，集成整套的监测刺激系统，体积轻巧，操作简单，便于在日常生活中穿戴使用；(2)本专利技术基于睡眠EEG信号特征进行设计，通过机器学习算法解析睡眠的EEG信号，可精确判断快速眼动睡眠阶段；(3)本专利技术的特制的EEG脑电刺激仪，通过特别设计的脑电刺激方式和刺激电极，实现了睡眠阶段的脑电刺激，可提高使用者的记忆能力。附图说明图1为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的应用流程图；图2为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的传输方式示意图；图3为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的特制的EEG脑电刺激仪的结构示意图；图4为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的电路原理及交互示意图；图5为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的睡眠EEG信号解码、预处理、特征提取和分析判别步骤的流程示意图；图6为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的不同睡眠阶段的EEG信号波形特征图；图7为本专利技术一种基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统的脑电刺激电波波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统，其特征在于：包括睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤，所述睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤为：/n第一步：通过佩戴特制的EEG脑电刺激仪，采集使用者睡眠时的EEG信号；/n第二步：对EEG信号进行放大并编码，实时传输到特制的EEG信号分析系统；/n第三步：特制的EEG信号分析系统进行解码和预处理提取特征，并应用机器学习算法进行信号分析，通过EEG信号判别使用者所处的睡眠阶段；/n第四步：当检测到使用者进入快速眼动睡眠阶段时，发送刺激指令给脑电刺激仪进行特制的电波刺激，从而增强大脑的记忆功能；/n第五步：当检测到使用者进入非快速眼动睡眠阶段时，停止发送刺激指令，结束电波刺激。/n

【技术特征摘要】
1.基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统，其特征在于：包括睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤，所述睡眠时EEG信号的采集、传输、分析和脑电刺激的步骤为：
第一步：通过佩戴特制的EEG脑电刺激仪，采集使用者睡眠时的EEG信号；
第二步：对EEG信号进行放大并编码，实时传输到特制的EEG信号分析系统；
第三步：特制的EEG信号分析系统进行解码和预处理提取特征，并应用机器学习算法进行信号分析，通过EEG信号判别使用者所处的睡眠阶段；
第四步：当检测到使用者进入快速眼动睡眠阶段时，发送刺激指令给脑电刺激仪进行特制的电波刺激，从而增强大脑的记忆功能；
第五步：当检测到使用者进入非快速眼动睡眠阶段时，停止发送刺激指令，结束电波刺激。


2.根据权利要求1所述的基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统，其特征在于：所述第一步和第二步中信号采集和传输步骤具体流程为：
第一步：使用者佩戴的特制的EEG脑电刺激仪的采集电极阵列为额叶点位3个和枕叶点位2个，分别用于采集额叶及枕叶的脑电波信号和参考脑电波信号；
第二步：特制的EEG脑电刺激仪通过外传部件将信号进行放大和编码，整合为高频数字信号传输给特制的EEG信号分析系统。


3.根据权利要求1所述的基于便捷式EEG设备的脑电刺激记忆力增强系统，其特征在于：所述第三步进行信号解码、预处理、特征提取和分析判别步骤计算流程为：
第一步：特制的EEG信号分析系统对高频数字信号进行解码，还原为多通道的EEG信号；
第二步：通过回归法、自适应滤波和独立分量分析法，对信号进行滤波和降噪，去除干扰和噪声；
第三步：对处理后的脑电波数据进行时域和频域的参数提取和特征变化，并进行归类；
第四步：使用随机森林机器学习算法计算时域和频域的特征组合，得到不同睡眠阶段的参数；
第五步：通过建立并不断完善...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓岸，卢树强，沈阳，
申请(专利权)人：北京脑陆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11