一种用于脑电调控的多模态刺激装置

技术领域

本发明涉及神经反馈调控技术领域，尤其涉及一种用于脑电调控的多模态刺激装置。

背景技术

目前，脑电实验刺激方式多种多样，但是大部分都是单一模态刺激，并且都是采用主机和屏幕实现的，比如E-Prime软件等。这种方式存在脑电刺激模式较少，刺激作用不显著，刺激延时较长的缺点。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是如何实现用于脑电调控的多模态刺激及降低刺激延时，提高刺激有效性。

为了解决上述问题，本发明实施例提出一种用于脑电调控的多模态刺激装置，所述用于脑电调控的多模态刺激装置包括上位机、主控芯片、LED模块、VGA模块、耳机模块、马达振子模块以及BNC模块；所述上位机与所述主控芯片连接，所述主控芯片分别与所述LED模块、VGA模块、耳机模块、马达振子模块以及BNC模块连接。

其进一步的技术方案为，所述LED模块包括多个串联的全彩LED灯；主控芯片通过第一连接器与各全彩LED灯连接。

其进一步的技术方案为，所述用于脑电调控的多模态刺激装置还包括安装箱；所述全彩LED灯安装在光面聚光杯的底部，所述光面聚光杯的顶部设有遮光板；所述光面聚光杯安装在所述安装箱的正面。

其进一步的技术方案为，所述VGA模块包括VGA接口；主控芯片通过第二连接器与VGA接口连接，VGA接口设置在安装箱的顶面，VGA接口用于与显示装置连接。

其进一步的技术方案为，所述耳机模块包括调档开关以及第一耳机插座，主控芯片与调档开关连接，调档开关通过第三连接器与第一耳机插座连接，第一耳机插座用于与耳机连接。

其进一步的技术方案为，所述调档开关包括旋钮，第一耳机插座以及旋钮均设置在安装箱的顶面。

其进一步的技术方案为，所述马达振子模块包括第二耳机插座、耳机插头以及振动马达；主控芯片通过第四连接器与第二耳机插座连接，耳机插头与振动马达连接；耳机插头与第二耳机插座可插拔连接；第二耳机插座设置在安装箱的顶面。

其进一步的技术方案为，所述BNC模块包括多个BNC接口；主控芯片分别通过第五连接器与各BNC接口连接。

其进一步的技术方案为，BNC接口通过BNC线与电刺激器连接。

其进一步的技术方案为，所述主控芯片为Arduino Due芯片。

与现有技术相比，本发明实施例所能达到的技术效果包括：

本发明提出的用于脑电调控的多模态刺激装置包括上位机、主控芯片、LED模块、VGA模块、耳机模块、马达振子模块以及BNC模块，其总共包含五种测试模块，模态刺激方式多样，并且还可以采取组合刺激的方式，刺激方式可灵活调节，从而能够取得更好的试验效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提出的一种用于脑电调控的多模态刺激装置的结构框图；

图2为本发明实施例提出的一种用于脑电调控的多模态刺激装置的电路原理图；

图3为本发明实施例提出的一种用于脑电调控的多模态刺激装置的主视图；

图4为本发明实施例提出的一种用于脑电调控的多模态刺激装置的光面聚光杯与遮光板的结构示意图。

图5为本发明实施例提出的一种用于脑电调控的多模态刺激装置的耳机插头与振动马达的连接示意图。

上位机10、主控芯片20、LED模块30、VGA模块40、耳机模块50、马达振子模块60、BNC模块70、安装箱80、光面聚光杯90、遮光板100、全彩LED灯31、VGA接口401、旋钮501、第一耳机插座502、第二耳机插座601、耳机插头602、振动马达603、BNC接口701。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1-图5，本发明实施例提出一种用于脑电调控的多模态刺激装置。由图可知，该多模态刺激装置包括上位机10、主控芯片20、LED模块30、VGA模块40、耳机模块50、马达振子模块60以及BNC模块70。

所述上位机10与所述主控芯片20连接，所述主控芯片20分别与所述LED模块30、VGA模块40、耳机模块50、马达振子模块60以及BNC模块70连接。上位机10向主控芯片20发送控制指令，控制LED模块30、VGA模块40、耳机模块50、马达振子模块60以及BNC模块70的工作状态。

进一步地，所述LED模块30包括多个串联的全彩LED灯31；主控芯片20通过第一连接器(CN6-CN11)与各全彩LED灯31连接。第一连接器(CN6-CN11)为3pin线对板/线对线连接器。第一连接器(CN6-CN11)与主控芯片20的引脚7连接，且受控于主控芯片20的引脚7。

具体地，全彩LED灯31的型号为WS2812B。每个全彩LED灯31都包含控制电路与发光电路，构成一个完整的可控像素点。每个像素点中的RGB三基色可以实现256级亮度调节，通过不同的组合可以产生16777216种颜色。当串行级联多个全彩LED灯31时，只需要1根信号线就可以实现数据的接收与解码。数据传输时间在微秒级，满足脑电实验中对时间精度的要求。而且它的光颜色高度一致，避免了由于设备差异导致的实验结果差异。

进一步地，所述用于脑电调控的多模态刺激装置还包括安装箱80；所述全彩LED灯31安装在光面聚光杯90的底部，所述光面聚光杯90的顶部设有遮光板100；所述光面聚光杯90安装在所述安装箱80的正面。光面聚光杯90起到聚光作用。遮光板100的颜色可具体为乳白色，遮光板100可以防止实验时光线强度过于强烈，导致人体不适，影响实验结果。

进一步地，所述VGA模块40包括VGA接口401；主控芯片20通过第二连接器P1与VGA接口401连接，VGA接口401设置在安装箱80的顶面，VGA接口401用于与显示装置连接。第二连接器P1为6pin线对板/线对线连接器。第二连接器P1分别与主控芯片20的引脚34-引脚43连接。

需要说明的是，VGA信号主要由以下几个部分构成：

1)Horizontal sync(水平同步)；

2)Vertical sync(垂直同步)；

3)Red(红)；

4)Green(绿)；

5)Blue(蓝)；

VGA信号在屏幕上的扫描顺序是从左往右，从上到下，一行扫描结束产生行信号提示换行，一场扫描结束产生场信号(垂直信号)提示换场。

VGA模块40引脚控制及相应电路阻值设置如下表1所示：

表1 VGA模块40引脚连接及阻值设置

进一步地，所述耳机模块50包括调档开关SW1以及第一耳机插座502(具体为3.5mm耳机插座)，主控芯片20与调档开关SW1连接，调档开关SW1通过第三连接器CN5与第一耳机插座502连接，第一耳机插座502用于与耳机连接。第三连接器CN5为2pin线对板/线对线连接器。第三连接器CN5分别与调档开关SW1的引脚6-引脚10连接。调档开关SW1的引脚1-引脚5分别与主控芯片的引脚9连接，且调档开关SW1的引脚1-引脚5接入的电阻各不相同。

进一步地，所述调档开关SW1包括旋钮501，第一耳机插座502以及旋钮501均设置在安装箱80的顶面。调档开关SW1一共有4个档位，可以让耳机声音由小到大变化，主要是将耳机音量调节到被试舒适的大小，方便实验。

进一步地，所述马达振子模块60包括第二耳机插座601(具体为3.5mm耳机插座)、耳机插头602以及振动马达603；主控芯片20通过第四连接器CN4与第二耳机插座601连接，耳机插头602与振动马达603连接；耳机插头602与第二耳机插座601可插拔连接；第二耳机插座601设置在安装箱80的顶面。第四连接器CN4为2pin线对板/线对线连接器。第四连接器CN4与主控芯片20的引脚46连接，且受控于主控芯片20的引脚46。

马达振子模块60同样使用1个3.5ms耳机插座。振动马达603采用手机圆形扁平振动马达603，经过改造，将其与3.5ms耳机插头602连接，使用时只需要将其插入马达振子模块60对应的第二耳机插座601中即可。

进一步地，所述BNC模块70包括多个BNC接口701；主控芯片20分别通过第五连接器(CN1-CN3)与各BNC接口701连接。第五连接器(CN1-CN3)为2pin线对板/线对线连接器。第五连接器CN1与主控芯片20的引脚52连接。第五连接器CN2与主控芯片20的引脚50连接。第五连接器CN3与主控芯片20的引脚48连接。

BNC模块70一共有3个BNC接口701，它们分别由主控芯片20控制。

进一步地，BNC接口701通过BNC线与电刺激器连接。

进一步地，所述主控芯片20为Arduino Due芯片。

Arduino Due芯片是一块基于Atmel SAM3X8E CPU的微控制器板，同时它也是第一块基于32位ARM核心的Arduino。它有54个数字IO口(其中12个可用于PWM输出)，12个模拟输入口，4路UART硬件串口，84MHz的时钟频率，一个USB OTG接口，两路DAC(模数转换)，两路TWI，一个电源插座，一个SPI接口，一个JTAG接口，一个复位按键和一个擦写按键。

使用32位ARM核心的Due相较于以往的使用8位AVR核心的其他Arduino更强大，主要的优势有以下几点：

1)更多的输入输出口；

2)一个时钟能处理32位的数据；

3)84Mhz的CPU时钟频率；

4)96KBytes的SRAM；

5)512KBytes的Flash；

6)1个DMA控制器，能减轻CPU做大量运算时的压力。

具体地，在本发明实施例中，通过Arduino Due芯片的引脚7来控制LED模块30，编程时结合Adafruit_NeoPixel库文件可以方便地对全彩LED灯31进行控制。

通过Arduino Due芯片的引脚9来控制耳机模块50。

通过Arduino Due芯片的引脚46来控制马达振子模块60。

BNC模块70一共有3个BNC接口701，分别由Arduino Due芯片的引脚52、引脚50以及引脚48控制。

进一步地，上位机10可具体为计算机。

技术效果

本发明主要包含5种功能模块，分别为LED模块、VGA模块、耳机模块、马达振子模块和BNC模块。其中，LED模块位于实验盒正面，方便实验被试观看，其余各个模块的接口位于实验盒顶部，方便接插其他电子元件，具体效果如下：

1、LED模块

LED模块由6个全彩LED灯组成，由上位机通过USB控制，可以实现对每一个全彩LED灯的独立操控。比如可以让所有全彩LED灯显示白色或红色，也可以让某一个全彩LED灯显示指定颜色。

如果上位机按照固定频率发送控制信号，全彩LED灯可以按照相应的频率闪烁。

2、VGA模块

通过将显示器的VGA接口接入设备后，能够在显示器上稳定显示预先设定的图案。

3、耳机模块

将耳机插入耳机插孔后，通过上位机控制耳机发声，调节旋钮，可以改变耳机中声音音量的大小。

4、马达振子模块

将改装好的马达振子插入第二耳机插座中，通过上位机控制可以让马达振动与停止。

5、BNC模块

用BNC线将本发明设备与电刺激器连接，通过上位机控制BNC状态，间接控制电刺激器按照控制信号产生电刺激。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。