CN115363602A - 一种基于实时脑电信号的注意力提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，涉及传感器技术领域，通过脑电信号放大仪获取用户的脑电信号，并对所获得的脑电信号进行处理，获得脑电信号的分类结果，并将分类结果发送至用户交互界面；用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务；通过直接与头皮接触的脑电信号放大仪采集头皮表面的脑电信号，并进行预处理和模数转换后发送到接收终端；进而，通过对接收到的数字信号进行进一步的预处理、模式识别、分类判断；然后，通过终端上的用户交互界面将分类判断的结果以可视化形式反馈使用者；最终屏幕上出现事先设定的任务情境激励使用者努力完成注意力提升任务。

Description

一种基于实时脑电信号的注意力提升系统

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体是一种基于实时脑电信号的注意力提升系统。

背景技术

神经反馈技术是一种非侵入性的、安全的、可靠的用于治疗和改善常见的精神疾病的认知治疗方法。由于具有无需吃药或手术，且无副作用的优点，近几十年来该技术得到了迅速的发展。在该技术的众多应用中以治疗注意缺陷与多动障碍和创伤后应激障碍最为广泛。

基于脑电信号的神经反馈技术是利用脑电帽来采集头皮表面的微弱的电势变化，并通过分析采集到的脑电信号的特征来识别使用者的认知状态的变化，同时通过视觉或者听觉等形式将分析结果反馈给使用者，使用者通过个性化的认知策略来提升任务表现，为此，现提供一种基于实时脑电信号的注意力提升系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，该系统通过脑电信号放大仪来采集使用者的脑电信号；通过注意力提升算法对实时采集到的脑电信号进行模式识别和分类预测；通过用户交互界面/软件中的可视化任务来训练使用者的专注力。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，包括脑电信号放大仪和用户交互界面；

所述脑电信号放大仪用于获取用户的脑电信号，并对所获得的脑电信号进行处理，获得脑电信号的分类结果，并将分类结果发送至用户交互界面；

所述用户交互界面安装在终端设备内，脑电信号放大仪与终端设备通信和/或电性连接，用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务。

进一步的，所述脑电信号放大仪获取用户的脑电信号的过程包括：

用户通过佩戴脑电信号放大仪，通过安装在脑电信号放大仪上的脑电帽实时获取用户的脑电信号数据，并将所获得的脑电信号数据实时传输至脑电放大仪内。

进一步的，所述脑电信号放大仪对所获得的脑电信号进行处理的过程包括；

对所获得的脑电信号进行预处理，将所获得的脑电信号标记为样本信号，将样本信号经过信号放大、降噪、滤波、降采样和模数转换，获得对应的数字信号；

将所获得的数字信号通过机器学习算法进行特征提取，获得数字信号对应的时域特征和频域特征；

对所提取到的特征进行分类，获得用户当前的注意力状态，并将分类结果发送至终端设备，注意力状态包括注意力集中状态和注意力涣散状态。

进一步的，所述用户交互界面还设置有信息管理单元，所述信息管理单元用于对用户的基本信息进行录入和管理，包括：

用户在信息管理单元内输入个人基本信息；

根据用户所输入的个人基本信息建立对应的用户数据库。

进一步的，用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务的过程包括；

将脑电信号放大仪所获得的脑电信号的特征的分类结果进行标记，并根据所获得的分类结果，对用户定制注意力提升任务，用户根据所定制的注意力提升任务中任意选择，并将用户所选的注意力提升任务进行标记；注意力提升任务均关联有对应的个性化认知策略；

在用户执行对应的个性化认知策略时，根据用户的执行过程中，生成对应的情景激励，并将所生成的情景激励的结果反馈至用户，用户根据所反馈的情景激励的结果，调整所执行的认知执行策略或注意力提升任务，通过所述注意力提升任务，对用户的大脑神经活动进行调节。

进一步的，通过注意力提升任务对用户的大脑神经活动进行调节的过程包括：

通过采集使用者的脑电信号，并对采集到的信号进行模式识别，识别出当前的脑电信号对应的认知状态，即注意力集中状态或注意力涣散状态，将识别的认知状态实时的反馈给用户，使得用户实时的看到自己的认知状态；

用户在看到自己的认知状态后，通过尝试不同的个性化认知策略，找到能够达到注意力提升任务要求的对应的个性化认知策略，用户完成对应的注意力提升任务的过程中，在使用个性化认知策略时，实现调节大脑神经活动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过直接与头皮接触的脑电信号放大仪采集头皮表面的脑电信号，并进行预处理和模数转换后发送到接收终端；进而，通过对接收到的数字信号进行进一步的预处理、模式识别、分类判断；然后，通过终端上的用户交互界面将分类判断的结果以可视化形式反馈使用者；最终屏幕上出现事先设定的任务情境激励使用者努力完成注意力提升任务。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，包括脑电信号放大仪和用户交互界面；

所述脑电信号放大仪用于获取用户的脑电信号，并对所获得的脑电信号进行处理；

所述脑电信号放大仪获取用户的脑电信号的过程包括：

具体地，用户通过佩戴脑电信号放大仪，通过安装在脑电信号放大仪上的脑电帽实时获取用户的脑电信号数据，并将所获得的脑电信号数据实时传输至脑电放大仪内，其中将脑电信号数据传输至脑电信号放大仪内的方式包括有线传输和无线传输；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，脑电帽所获得的脑电信号数据为模拟信号数据；

所述脑电信号放大仪内设置有用于对所获得的脑电信号进行处理的数据处理模块；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述脑电信号放大仪包括具有2-32导联电极的柔性和刚性电极帽；

所述脑电信号放大仪的电极具有可复用性，在具体实施过程中，脑电信号放大仪的电极包括湿电极、干电极以及凝胶电极；

其中电极的数量以及分布位置按照“国际10-20系统”进行配置。

所述脑电信号放大仪通过数据处理模块对所获得的脑电信号进行处理；

具体地，对所获得的脑电信号进行预处理，即

将所获得的脑电信号标记为样本信号，将样本信号经过信号放大、降噪、滤波、降采样和模数转换，获得对应的数字信号；

将所获得的数字信号通过机器学习算法进行特征提取，获得数字信号对应的时域特征和频域特征；

对所提取到的特征进行分类，获得用户当前的注意力状态，并将分类结果发送至终端设备，所述终端设备包括电脑、手机、平板，用户的注意力状态包括注意力集中状态和注意力涣散状态。

所述用户交互界面安装在终端设备内，脑电信号放大仪与终端设备通信和/或电性连接，所述用户交互界面还设置有信息管理单元，所述信息管理单元用于对用户的基本信息进行录入和管理，具体过程包括：

用户在信息管理单元内输入个人基本信息，其中，个人基本信息包括姓名、性别、年龄以及手机号码；

根据用户所输入的个人基本信息建立对应的用户数据库。

用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务；

具体地，将脑电信号放大仪所获得的脑电信号的特征的分类结果进行标记，并根据所获得的分类结果，对用户定制注意力提升任务，用户根据所定制的注意力提升任务中任意选择，并将用户所选的注意力提升任务进行标记；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对用户定制的注意力提升任务的数量至少为一个；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，每个注意力提升任务均关联有对应的个性化认知策略；

所述个性化认知策略具体包括能够帮助用户完成注意力提升任务的软质策略，每个用户所对应的个性化认知策略均不相同，且用户在进行注意力提升任务的过程中，对于所关联的个性化认知策略可以进行自主调整，且不同的个性化策略的执行情况，对于注意力提升任务的进程均会产生不同的影响；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，在用户执行对应的个性化认知策略时，根据用户的执行过程中，生成对应的情景激励，并将所生成的情景激励的结果反馈至用户，用户根据所反馈的情景激励的结果，调整所执行的认知执行策略或注意力提升任务；

举例说明：

在一个注意力提升任务中，我们会要求用户通过使用个性化认知策略来调控他的大脑神经活动，其中每个人的个性化认知策略均不同，比如深呼吸，畅想未来，回忆过去和家人美化的经历，想象自然风景等，从而对用户的大脑神经活动过程中的脑电信号的分类结果尽可能的接近“注意力集中状态”；

在此过程中，根据用户的分类结果，设置对应的情境激励，包括分数条，分数条对应的柱子越高，代表得分越高，也就是注意提升任务完成度高，同时给予用户对应的可视化反馈，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，可视化反馈包括声音反馈、动画效果反馈或震动反馈；

根据所反馈的情景激励，让用户快速找到对提升自己注意有效的个性化认知策略，进而使用这样的策略来完成注意力提升任务，在坚持完成注意力提升任务的过程中，使得用户的注意力得到提升。

通过所述注意力提升任务，对用户的大脑神经活动进行调节，具体调节过程包括：

通过采集使用者的脑电信号，并对采集到的信号进行模式识别，识别出当前的脑电信号对应的认知状态，即注意力集中状态或注意力涣散状态，然后将识别的认知状态实时的反馈给用户，使得用户可以实时的看到自己的认知状态；

用户在看到自己的认知状态后，通过尝试不同的个性化认知策略，找到可以达到注意力提升任务要求的对应的个性化认知策略，至少为一种，并坚持使用所找到的个性化认知策略完成对应的注意力提升任务；

即，在完成对应的注意力提升任务的过程中，在使用个性化认知策略时，则用户在进行短时的调节大脑神经活动；

在用户进行大脑神经活动的调节后，脑电信号放大仪会继续获得新的脑电信号，并重新进行处理和分类，以此使得用户能够快速得到调节结果，形成反馈；

通过长期的训练治疗，则会达到长期改变大脑神经活动的目的，进而实现治疗各类精神疾病的目的；因此，所不确定这样的调节形式是否会对人体造成影响，因为这种影响是使用者自己对自己造成的；

在用户的使用的过程中，将用户在使用过程中所有数据导入至用户数据库内进行保存，用于后续查询用户的训练历史数据。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，本发明还可以由用户预选择一个注意力提升任务，在完成注意力提升任务的过程中，持续获得用户的脑电信号，对用户的脑电信号进行处理和分类，并将分类结果可视化显示，向用户进行反馈，从而使得用户能够直接“看到”自己的注意力状态，在此前提下，用户通过调整个性化认知策略，实现对大脑神经活动的调节。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，包括脑电信号放大仪和用户交互界面；

所述脑电信号放大仪用于获取用户的脑电信号，并对所获得的脑电信号进行处理，获得脑电信号的分类结果，并将分类结果发送至用户交互界面；

所述用户交互界面安装在终端设备内，脑电信号放大仪与终端设备通信和/或电性连接，用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，所述脑电信号放大仪获取用户的脑电信号的过程包括：

用户通过佩戴脑电信号放大仪，通过安装在脑电信号放大仪上的脑电帽实时获取用户的脑电信号数据，并将所获得的脑电信号数据实时传输至脑电放大仪内。

3.根据权利要求2所述的一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，所述脑电信号放大仪对所获得的脑电信号进行处理的过程包括；

对所获得的脑电信号进行预处理，将所获得的脑电信号标记为样本信号，将样本信号经过信号放大、降噪、滤波、降采样和模数转换，获得对应的数字信号；

将所获得的数字信号通过机器学习算法进行特征提取，获得数字信号对应的时域特征和频域特征；

对所提取到的特征进行分类，获得用户当前的注意力状态，并将分类结果发送至终端设备，注意力状态包括注意力集中状态和注意力涣散状态。

4.根据权利要求3所述的一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，所述用户交互界面还设置有信息管理单元，所述信息管理单元用于对用户的基本信息进行录入和管理，包括：

用户在信息管理单元内输入个人基本信息；

根据用户所输入的个人基本信息建立对应的用户数据库。

5.根据权利要求4所述的一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，用户交互界面根据用户的脑电信号的分类结果，生成对应的注意力提升任务的过程包括；

将脑电信号放大仪所获得的脑电信号的特征的分类结果进行标记，并根据所获得的分类结果，对用户定制注意力提升任务，用户根据所定制的注意力提升任务中任意选择，并将用户所选的注意力提升任务进行标记；注意力提升任务均关联有对应的个性化认知策略；

在用户执行对应的个性化认知策略时，根据用户的执行过程中，生成对应的情景激励，并将所生成的情景激励的结果反馈至用户，用户根据所反馈的情景激励的结果，调整所执行的认知执行策略或注意力提升任务，通过所述注意力提升任务，对用户的大脑神经活动进行调节。

6.根据权利要求5所述的一种基于实时脑电信号的注意力提升系统，其特征在于，通过注意力提升任务对用户的大脑神经活动进行调节的过程包括：

通过采集使用者的脑电信号，并对采集到的信号进行模式识别，识别出当前的脑电信号对应的认知状态，即注意力集中状态或注意力涣散状态，将识别的认知状态实时的反馈给用户，使得用户实时的看到自己的认知状态；

用户在看到自己的认知状态后，通过尝试不同的个性化认知策略，找到能够达到注意力提升任务要求的对应的个性化认知策略，用户完成对应的注意力提升任务的过程中，在使用个性化认知策略时，实现调节大脑神经活动。

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