具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1-图2描述本发明的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，包括：屏幕显示交互单元、脑电信号采集传感器单元、信号处理与转发单元、中央控制单元；

所述脑电信号采集传感器单元与所述信号处理与转发单元连接；

所述信号处理与转发单元与所述中央控制单元连接；

所述中央控制单元与所述屏幕显示交互单元连接；

所述脑电信号采集传感器单元连接在人脑无毛发区。

具体地，屏幕显示交互单元是用来向用户显示刺激信息，从而实现诱发用户的头皮脑电偏侧性信号。而脑电型号采集传感器单元是用来采集用户的无毛发区多通道头皮脑电信号并传输该采集到的脑电信号。信号处理和转发单元是用来接收脑电信号采集传感器单元采集到的信号并对该信号进行降噪预处理处理，进而将处理后的数据传输至中央控制单元。而中央控制单元是对接收到的信号处理和转发单元传送来的降噪预处理后的数据进行计算得到用户的脑-机交互响应信息。然后将得到的交互响应信息传输至屏幕显示交互单元，实现对刺激信号的更新，进而用户对更新后的数据产生新的脑电信号，进而进行下一个循环，由此可以实现脑机之间的交互。

人脑的无毛发区指的是用户的脖子、脸以及耳后的无毛发部分，采用人脑的无毛发区的原因在于可以减少以前技术方案中需要佩戴脑电帽以及使用前洗头的问题，另外，如果使用者是一个病人，并且脸朝上躺着的时候，测量枕骨出的脑电信号是就变得更为困难。而本实施例中通过测量人脑无毛发区可以轻易第实现脑电信号的测量。

本实施例针对的是无侵入式BCI系统，非侵入式BCI主要基于头皮脑电信号EEG、脑磁信号MEG或近红外血氧信号FNIRS对大脑信息进行分析解码，且以上三种方式均为无创采集。其中MEG脑磁信号的采集受地磁场与外部干扰较大，需要在严格磁屏蔽的环境中采集，且采集设备昂贵，故无法走向生活场景。FNIRS血氧信号的采集无需使用导电膏，直接佩戴电极帽即可，且空间分辨率好，精度高。但血氧饱和度的变化实时性差，往往使用者做出对应操作后需要等到几秒才能得到反馈。因此FNIRS从原理上无法达到较快的通讯速率，也不利于实际场景的应用。只有基于EEG的BCI系统具有实际应用的潜力，一方面EEG信号实时性好，另一方面EEG的空间精度尚可。

因此，本实施例中的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统的整个操作流程是屏幕显示交互单元向用户显示刺激信号，用户在接收到刺激信号后，会产生头皮脑电信号EEG信号。通过设置在人脑无毛发区的脑电信号采集传感器收集相应的信号，然后将收集的信号传输给信号处理和转发单元，由信号处理和转发单元对接收的信号进行降噪预处理之后，转发出去，即将降噪预处理处理后的数据转发至中央空值单元，由中央控制单元将对接收到的数据进行计算得到脑-机交互相应信息。然后基于脑机交互相应信息对屏幕显示单元的内容进行更新，也即对提供给用户的刺激信息进行更新，从而实现脑-机交互操作。

另外，由于本实施例中采用的是屏幕显示交互单元对用户提供刺激信息，也即刺激信息中包括图像信息，即对用户采用的刺激方式中包括视觉刺激方式。根据输入信号的感觉通路不同，现有的EEG-BCI可以被分为听觉BCI，视觉BCI和运动想象BCI等几种类型。基于以上多种通路，诞生了诸多经典BCI范式。其中，基于视觉响应的头皮脑电BCI由于其诱发响应信噪比高，编码方式多样化，系统信息传递速度快等特点，受到非常广泛的关注。即本实施例中采用的刺激方式中包含视觉BCI可以提高诱发响应的信噪比。

本发明实施例中各个部件或者模块之间的连接方式采用电联接的方式。

本发明提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统通过包括：屏幕显示交互单元、脑电信号采集传感器单元、信号处理与转发单元、中央控制单元；所述脑电信号采集传感器单元与所述信号处理与转发单元连接；所述信号处理与转发单元与所述中央控制单元连接；所述中央控制单元与所述屏幕显示交互单元连接；所述脑电信号采集传感器单元连接在人脑无毛发区。本发明通过在采集用户在刺激下的无毛发区脑电信号，并对此脑电信号进行转化后传输给中央控制单元，由中央控制单元对降噪预处理后的脑电信号进行计算，得到相应的脑-机交互相应信息，进而将脑-机交互相应信息反馈至屏幕上，对刺激信息进行更新，从而实现脑-机交互，并且可以减少传统采集方式的麻烦。同时，由于采用的是视觉诱发BCI的相应，可以提高BCI自身的信噪比，提高信息交互的速率。

进一步，本发明实施中，本发明提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，其中，所述中央控制单元包括应用刺激范式模块和屏幕字符显示交互系统模块；

其中，所述应用刺激范式模块以及所述屏幕字符显示交互系统模块都与所述屏幕显示交互单元相连。

具体地，中央控制单元包括应用刺激范式模块和屏幕字符显示交互系统。其中应用刺激范式模块用来产生各种刺激范式用来对用户产生不同的刺激类型，是根据使用者的应用环境和个人特点予以选择的。屏幕字符显示交互系统是用来将不同的刺激范式转化为相应的字符显示，并将转化后的字符显示方式传送到屏幕显示交互单元显示出来对用户产生相应的刺激。另外，屏幕字符显示交互系统还接收中央控制单元对接收到的头皮脑电信号进行计算后得到的脑机交互响应信息，并利用该脑机交互响应信息对显示内容进行更新，并运用更新后的字符信息对用户产生相应刺激，以实现脑-机交互。

由上述描述可知，应用刺激范式与屏幕字符显示交互系统之间存在连接关系，同时应用刺激范式、屏幕字符显示交互系统与屏幕显示交互单元相连接，其中连接方式为电联接方式。

进一步，本发明实施例提供一种增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，其中，所述应用刺激范式模块包括：

基于视场空间编码的方式的刺激范式模块、基于特殊图片刺激序列的方式的刺激范式模块和/或基于声音与特殊图片联合刺激序列的方式的刺激范式模块。

具体地，基于视场空间编码的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据视野中不同空间位置的刺激对应的人脑响应会有一定的差异来对用户进行刺激的方式。

基于特殊图片刺激序列的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据人脑对图像的加工不仅会用到枕叶区，还会用到偏向颞叶的区域与顶叶区，而特殊频率的图像会刺激人脑的不同区域的脑电信号。

基于声音与特殊图片联合刺激序列的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据人脑对声音的加工主要在颞叶皮层，为了诱发颞叶无毛发区的响应，可以采用声音刺激，另外由于特殊图像刺激也会激起相应的大脑区域的脑电信号，所以采用声音与图像相结合的方式对用户进行刺激。

结合图3，本发明实施例中增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，其中，所述基于视场空间编码的方式的刺激范式模块是用于基于不同空间位置的刺激激发对应的人脑不同的脑电响应。

具体地，视野中不同空间位置的刺激对应的人脑响应会有一定的差异。例如左侧视野的刺激的主要响应区域位于右侧脑区，右侧视野的刺激的主要响应区域位于左侧脑区。此外，上下视野的刺激对应的响应区域也在人脑沟回处有一定的位置差异。大致示意图如图3所示。

由图3可以看出，闪烁目标刺激视野中1～8位置的刺激区域对应在人脑处的响应有各自对应的区域。且以上不同响应区域的EEG响应在头皮不同位置的传递信息有一定的差异。基于以上原理，本研究设计刺激范式编码采用空间视场中不同位置采用不同刺激参数的方式(刺激参数可以是多频、单频及相位等编码)。通过预先采集使用者几分钟的脑电信号，分析使用者在不同刺激组合下特定区域的叠合特性，最终优化对应刺激参数，实现特定目标区域响应的叠合增强。

结合图4，本发明实施例提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，其中，所述基于特殊图片刺激序列的方式的刺激模块是用于基于特殊图像的处理诱发人脑枕叶区、偏向颞叶颞叶的区域与顶叶区的脑电响应。

具体地，人脑对图像的加工不仅会用到枕叶区，还会用到偏向颞叶的区域与顶叶区。例如在处理6Hz人脸刺激的时候，在颞叶皮层会有较强的6Hz响应。且人脑对快速刺激序列中的特定图片会有特殊的诱发响应。因此，本研究基于以上原理，设计特定的快速图片刺激序列，诱发颞叶附近无毛发区的脑电响应，实现特定目标区域响应的增强。特定的快速刺激序列由快速呈现的图片组成，该刺激序列示意如图3所示，其中在刺激序列由开始提示、预刺激以及图片序列构成，其中预刺激与图片序列交叉出现，预刺激在图片序列之前。开始提示出现的时间长度为500ms，每个预刺激出现的时长为10ms，每个图片序列出现的时间长度为3-5s。

为了更好地诱发无毛发区的响应，在刺激序列中加入人脸、汽车等图像，并按一定频率呈现。如此，即可在特定的无毛发区位置诱发较标准光刺激范式更强的EEG响应。

进一步，本发明实施例中提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口系统，其中，所述基于声音与特殊图片联合刺激序列的方式的刺激范式模块是用于基于人脑对声音的处理会诱发颞叶皮层的脑电响应以及人脑对特殊图像的处理会诱发枕叶区、偏向颞叶的区域与顶叶区的脑电响应而达到诱发人脑特定区域的叠合响应。

具体地，人脑对声音的加工主要在颞叶皮层，为了诱发颞叶无毛发区的响应，采用声音刺激是很好的选择。但单独声音刺激的诱发响应可编码的目标数量有限，因此将特定的快速图片刺激序列与声音刺激结合，实现联合编码，提高颞叶无毛发区的脑电响应。应用方式即为在给使用者声音刺激的同时，给出特定的快速图片刺激序列，即可在特定无毛发区产生联合编码的叠合响应，最终提高该区域的响应信噪比。

进一步，本发明实施例中所述脑电信号采集传感器单元采用干电极、湿电极或新式贴片电极的方式与人脑连接。

具体地，现有的脑-机交互的技术方案需要用户佩戴脑电帽、打导电膏、需在使用前后洗头、原有刺激范式在无毛发区的响应信噪比低。

本发明实施例中通过设计无毛发区的刺激范式与采集系统，解决了以往技术方案需要佩戴脑电帽及使用前后洗头的问题。本系统使用时，对目标区域预先采用酒精或清水擦拭即可，且电极可采用贴片电极，使用方便。

进一步，参照图5，本发明实施例中提供一种增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，包括：

步骤100：向用户提供一种刺激范式；

选择一种刺激范式，然后将这种刺激范式转化为用户能识别的刺激形式，比如声音刺激，图像刺激等。

步骤200：获取所述用户的无毛发区在所述刺激范式下的对应的脑电信号；

通过在用户头部无毛发区如脸部、脖子以及耳后等无毛发区设置脑电检测装置，用来接收用户在刺激范式下的不同刺激形式下产生的脑电信号。

步骤300：对所述脑电信号进行降噪预处理，得到降噪处理后的脑电信号。降噪步骤包括2～80Hz带通滤波，50Hz陷波以及经过预先研究的到的独立成分分析(ICA)去眼电。此外，如检测到当前数据段的肌电成分过强(通常信号能量谱远高于常态脑电信号)，则此段信号将不进行后续处理，并等待后续采集信号；

步骤400：对所述降噪预处理后的脑电信号进行进一步处理，得到脑-机交互响应信息；

对预处理后的无毛发区多通道头皮脑电信号进行计算得到用户使用者的脑-机交互响应信息。根据不同的刺激范式，所采用的计算方法有所不同。对于稳态视觉诱发刺激采用空域滤波的方法并与刺激信号的模板进行投影相关，基于得到的相关系数大小进行刺激响应的最终判别。对于新奇图像刺激则进行多段数据叠加后判别其诱发响应的出现时间点，将所得时间点与刺激时间编码序列进行印证，从而得到最终响应结果。声音刺激的脑电响应处理与图像刺激类似，只是通常应用的脑电响应导联区域更偏向颞叶。进一步，根据视野不同刺激源的诱发响应，采用多元相关法分析其在无毛发区的最佳叠合方式，得到多源刺激的最佳叠合参数组合。

步骤500：基于所述脑-机交互响应信息对所述刺激范式进行更新，从而实现对无毛发区脑-机交互响应增强的定制化范式。

将计算得到的用户脑-机交互响应信息对步骤100中展示给用户的刺激信息进行更新，从而获得新的对用户的刺激信息，依次反馈与调节方式实现脑-机交互。

进一步，本发明提供一种增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，其中，所述刺激范式包括：

基于视场空间编码的方式的刺激范式、基于特殊图片刺激序列的方式的刺激范式和/或基于声音与特殊图片联合刺激序列的方式的刺激范式。

具体地，基于视场空间编码的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据视野中不同空间位置的刺激对应的人脑响应会有一定的差异来对用户进行刺激的方式。

基于特殊图片刺激序列的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据人脑对图像的加工不仅会用到枕叶区，还会用到偏向颞叶的区域与顶叶区，而特殊频率的图像会刺激人脑的不同区域的脑电信号。

基于声音与特殊图片联合刺激序列的方式提高特定无毛发区EEG响应信噪比的刺激范式，是根据人脑对声音的加工主要在颞叶皮层，为了诱发颞叶无毛发区的响应，可以采用声音刺激，另外由于特殊图像刺激也会激起相应的大脑区域的脑电信号，所以采用声音与图像相结合的方式对用户进行刺激。

进一步，本发明实施提供一种增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，其中，所述获取所述用户的无毛发区在所述刺激范式下的对应的脑电信号的方式为：

通过脑电信号采集传感器单元采用干电极、湿电极或新式贴片电极的方式与人脑连接的方式获取。

具体地，现有的脑-机交互的技术方案需要用户佩戴脑电帽、打导电膏、需在使用前后洗头、原有刺激范式在无毛发区的响应信噪比低。

本发明实施例中通过设计无毛发区的刺激范式与采集系统，解决了以往技术方案需要佩戴脑电帽及使用前后洗头的问题。本系统使用时，对目标区域预先采用酒精或清水擦拭即可，且电极可采用贴片电极，使用方便。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，该方法包括：向用户提供一种刺激范式；获取所述用户的无毛发区在所述刺激范式下的对应的脑电信号；对所述脑电信号进行预处理，得到预处理后的脑电信号；对所述预处理后的脑电信号进行分析，得到脑-机交互响应信息；基于所述脑-机交互响应信息对所述刺激范式进行更新，从而实现对无毛发区脑-机交互响应增强的定制化范式。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，该方法包括：向用户提供一种刺激范式；获取所述用户的无毛发区在所述刺激范式下的对应的脑电信号；对所述脑电信号进行降噪预处理处理，得到降噪预处理后的脑电信号；对所述降噪预处理后的脑电信号进行处理，得到脑-机交互响应信息；基于所述脑-机交互响应信息对所述刺激范式进行更新，从而实现对无毛发区脑-机交互响应增强的定制化范式。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的增强无毛发区脑电响应强度的脑-机接口方法，该方法包括：向用户提供一种刺激范式；获取所述用户的无毛发区在所述刺激范式下的对应的脑电信号；对所述脑电信号进行降噪预处理，得到降噪预后的脑电信号；对所述降噪预后的脑电信号进行处理，得到脑-机交互响应信息；基于所述脑-机交互响应信息对所述刺激范式进行更新，从而实现对无毛发区脑-机交互响应增强的定制化范式。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。