一种基于延迟脑电反馈的持续注意调控系统

技术领域

本发明涉及一种持续注意训练系统领域，尤其涉及一种基于延迟脑电反馈的持续注意调控系统。

背景技术

脑电反馈是指将脑电特征信号提取并通过视觉画面方式反馈给受试者，受试者通过一定策略对脑电信号进行调节进而训练某种认知功能。这种技术在持续注意训练及注意缺陷相关疾病的干预治疗方面有较广泛的应用。在实际应用中，脑电反馈技术大多采用即时反馈模式，这种模式是指将当前1秒内的脑电信号进行分析提取，并通过反馈，使受试者调节当前的脑电特征信号。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于EEG的实时人脑注意力测试和训练系统”，其公告号CN107024987B，包含注意力实验、信号采集、数据分析、实时传输以及测试反馈五个部分，注意力实验部分分为系统内部和外部实验，信号采集部分利用脑电采集设备收集使用者的EEG数据；数据分析部分利用数据分析程序对所采集的信号进行去噪、滤波以及相关节律波的分析；实时传输部分将分析得到的量化数值保存以备随时提取，并通过相应的接口传输，测试反馈部分利用相应的程序读取实时传输部分的数据，通过一个可视化界面实现反馈。

然而，持续注意一般是持续数分钟至数十分钟的注意状态，更为重要的是，临床许多神经精神疾病如注意缺陷多动障碍主要的核心症状就是持续注意缺陷。很显然这种即时反馈模式与持续注意及注意缺陷的相关概念是不吻合的。

发明内容

本发明主要解决现有技术即时反馈模式与持续注意及注意缺陷的特性不吻合的问题；提供一种基于延迟脑电反馈的持续注意调控系统，设置反馈的延迟时间，按照设置的滑窗重叠率提取脑电特征信号，受试者通过反馈呈现模块能看到每个延迟时间段的脑电特征信号强度，依次来进行持续注意调控，符合持续注意及注意缺陷的特性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括

脑电采集模块，采集受试者的脑电模拟信号；

数据存储模块，用于将采集得到的脑电模拟信号转化为数字信号，并进行储存；

延迟设置及分析模块，用于设置延迟参数并完成脑电特征信号的分析提取；

反馈呈现模块，将脑电特征信号可视化呈现。

通过脑电采集模块采集受试者的头皮脑电波，数据存储模块转化为数字信号进行存储，根据实际需求在延迟设置及分析模块的延迟时间窗设置反馈延迟时间、滑动窗口重叠率以及反馈总时间长度。反馈开始后，受试者保持一段时间注意状态，达到设置的延迟时间时，开始进行反馈，此后依据设置的滑窗重叠率提取脑电特征信号，并进行反馈。受试者可以看到每一个延迟时间段内脑电特征信号强度，并通过控制自身注意力进行调节，符合持续注意及注意缺陷的特性。

作为优选，所述的脑电采集模块包括

干电极，贴附在受试者的头皮上，以采集受试者头皮的脑电信号；

放大器，将采集到的脑电信号进行放大和滤波处理；

信号传输单元，将处理后的脑电信号通过无线通信传输给数据存储模块。

使用本方案的装置结构简单，获取脑电信号方便，摆脱了脑电采集仪对导电介质的依赖性，不易受环境制约。

作为优选，所述的脑电采集模块的采样频率为300Hz～600Hz。

本方案采用的采样频率为500Hz。

作为优选，所述的数据存储模块包括

模数转换单元，将接收到的脑电信号转化为数字信号；

存储单元，将每个干电极采集的脑电信号分别以文本的形式存储。

使得模拟量的脑电信号成为处理模块能够接收、处理的数字量。

作为优选，所述的延迟设置及分析模块包括

延迟设置单元，用于设置延迟时间窗长度、滑动窗口重叠系数以及反馈时长；

预处理单元，提取指定延迟时间窗内的脑电信号，进行去噪处理；

脑电分析单元，用于对延迟时间窗内的脑电信号进行傅里叶变换，得到脑电信号的频域信息；

脑电特征选取单元，用于在频域信息内提取延迟时间窗内与持续注意及注意缺陷相关的脑电特征，包括4-8Hz的Theta波功率、12-16Hz的Beta波功率以及Theta波和Beta波功率的比值。

据实际应用需求，设置所反馈的脑电特征信号，根据科学文献和以往应用情况，脑电特征信号包括4-8Hz的Theta波、12-16Hz的Beta波以及Theta和Beta的比值Theta/Beta。

作为优选，所述的预处理单元及脑电分析单元以延迟时间窗长度为基础，执行滑动窗口算法，所述的滑动窗口算法为

F(n)＝(a

其中，n为当前延迟时间窗序号；

m为采样点数；

w为延迟时间窗长度；

f为采样频率；

k为滑动窗口重叠系数

nwf*(1-k)+m为第m个采样点延迟时间段内的测量值。

延迟时间和反馈总时长以分钟为单位，滑动窗口重叠程度以百分比为单位；预处理单元及脑电分析单元通过滑动窗口算法对脑电信号进行处理。

作为优选，所述的反馈呈现模块包括

脑电特征选取单元，用于选取反馈的脑电特征，选项包括theta波、beta波和theta波与beta波的比值；

反馈模式设置单元，用于指定反馈模式，反馈模式包括文字、图形或表格；

呈现单元，将延迟时间窗内指定的脑电特征按指定的反馈模式进行呈现。

图形包括柱状图和折线图，受试者能够直观的看到每一个延迟时间段内脑电特征信号强度，以便于之后通过控制自身注意力来进行调节，进行持续注意调控，符合持续注意及注意缺陷的特性。

本发明的有益效果是：

设置反馈延迟时间，经过反馈延迟时间后将脑电特征信号反馈给受试者，来进行自身注意力的调节，符合持续注意及注意缺陷的特性。

附图说明

图1是本发明的一种调控系统的连接结构框图。

图中1.脑电采集模块，11.干电极，12.放大器，13.信号传输单元，2.数据存储模块，21.模数转换单元，22.存储单元，3.延迟设置及分析模块，31.延迟设置单元，32.预处理单元，33.脑电分析单元，34.脑电特征提取单元，4.反馈呈现模块，41.脑电特征选取特征，42.反馈模式设置单元，43.呈现单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种基于延迟脑电反馈的持续注意调控系统，如图1所示，包括依次连接的脑电采集模块1、数据存储模块2、延迟设置及分析模块3和反馈呈现模块4。

脑电采集模块1采集受试者的脑电模拟信号。

所述的脑电采集模块1包括依次电连接的干电极11、放大器12和信号传输单元13。

干电极11贴附在受试者的头皮上，以采集受试者头皮的脑电信号脑电采集模块1的采样频率为300Hz～600Hz，在本实施例中，采样频率为500Hz。放大器12将采集到的脑电信号进行放大和滤波处理；信号传输单元13将处理后的脑电信号通过无线通信传输给数据存储模块2。

数据存储模块2用于将采集得到的脑电模拟信号转化为数字信号，并进行储存。数据存储模块2包括数模转换单元21和存储单元22。

模数转换单元21将接收到的脑电信号转化为数字信号；存储单元22将每个干电极采集的脑电信号分别以文本的形式存储。

延迟设置及分析模块3用于设置延迟参数并完成脑电特征信号的分析提取。延迟设置及分析模块3包括

所述的延迟设置及分析模块3包括依次连接的延迟设置单元31、预处理单元32、脑电分析单元33和脑电特征提取单元34。

延迟设置单元31用于设置延迟时间窗长度、滑动窗口重叠系数以及反馈时长。延迟时间和反馈总时长以分钟为单位，滑动窗口重叠程度以百分比为单位。预处理单元32及脑电分析单元33通过滑动窗口算法对脑电信号进行处理。

预处理单元32及脑电分析单元33以延迟时间窗长度为基础，执行滑动窗口算法，所述的滑动窗口算法为：

F(n)＝(a

其中，n为当前延迟时间窗序号；

m为采样点数；

w为延迟时间窗长度；

f为采样频率；

k为滑动窗口重叠系数

nwf*(1-k)+m为第m个采样点延迟时间段内的测量值。

预处理单元32提取指定延迟时间窗内的脑电信号，进行去噪处理。脑电分析单元33用于对延迟时间窗内的脑电信号进行傅里叶变换，得到脑电信号的频域信息。

脑电特征提取单元34用于在频域信息内提取延迟时间窗内与持续注意及注意缺陷相关的脑电特征，脑电特征包括4-8Hz的Theta波功率、12-16Hz的Beta波功率以及Theta波和Beta波功率的比值。

反馈呈现模块4将脑电特征信号可视化呈现。反馈呈现模块4包括脑电特征选取单元41、反馈模式设置单元42和呈现单元43。

脑电特征选取单元41用于选取反馈的脑电特征，选项包括theta波、beta波和theta波与beta波的比值。反馈模式设置单元42用于指定反馈模式，反馈模式包括文字、图形或表格。图形包括柱状图或折线图。呈现单元43将延迟时间窗内指定的脑电特征按指定的反馈模式进行呈现。

本申请的方案通过干电极11获取受试者头皮的脑电信号，经过放大器12放大滤波后通过信号传输单元13无线传输给数据存储单元2。数据存储单元2中的模数转换单元21将接收到的脑电信号转化为数字信号，存储单元22将每个干电极11采集的脑电信号分别以文本的形式储存。

根据实际需求在延迟设置及分析模块3的延迟时间窗设置反馈延迟时间、滑动窗口重叠率以及反馈总时间长度。反馈开始后，受试者保持一段时间注意状态，达到设置的延迟时间时，开始进行反馈，此后依据设置的滑窗重叠率提取脑电特征信号，并进行反馈。受试者可以看到每一个延迟时间段内脑电特征信号强度，并通过控制自身注意力进行调节，符合持续注意及注意缺陷的特性。本实施例的装置结构简单，使用方便。

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。