一种基于脑机接口的象棋系统

本发明涉及人机交互，特别是涉及一种基于脑机接口的象棋系统。

背景技术：

1、人类的大脑是迄今为止最为复杂的研究对象之一，其由千亿级别的神经元组成，其精细的组织和功能活动密切地影响着人类的动作和心理变化。

2、目前世界上每年都会新增接近50万例因伤或者因病患有脊髓损伤的患者；其中最广为人知的是渐冻症，学名为肌萎缩性侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，als)，其病程初期症状包括四肢、身体运动控制功能失调，最终丧失自主呼吸和语言能力。虽然现代医学已经拥有众多可以缓解生理痛苦或者给予辅助的治疗手段，但是这些手段都无法给予患者与外界有效交互的能力。而脑-机接口技术则可能成为als晚期患者与外界沟通的唯一希望。

3、脑-机接口系统是一种全新的人-机交互系统，其不需要通过外周神经以及肌肉系统，便可以将中枢神经信号直接转化为计算机可识别的指令。该技术重度als患者或者失能病人的生活辅助方面被给予厚望，被认为是能够提升als患者生活质量的最有效工具。而且，脑-机接口常常与其他技术相结合，在推动多种技术共同发展的同时，进一步方便了病人与外界交互的能力，提高了病人的生活质量。

4、中国象棋是一种起源于中国的棋类游戏，也是世界上最古老、最普及的棋类游戏之一。它是由两名玩家对弈，每个玩家各执16枚棋子，分为红黑两色，摆放在棋盘上。中国象棋的棋盘为长方形，由九条横线和十条竖线交叉组成，共有90个交点。

5、中国象棋是一种思维深度很高的游戏，需要玩家具备一定的战略、策略和计算能力。每个棋子都有不同的走法和特点，而每一步棋都会对整个局面产生影响。因此，玩家需要根据当前局面和对手的走法，制定出合理的进攻和防守策略，以达到最终胜利的目的。如何将脑机接口技术和中国象棋结合，提高als患者和失能病人的康复治疗效果，提高后期康复治疗的趣味性是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于脑机接口的象棋系统，实现通过脑电波对象棋的控制。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于脑机接口的象棋系统，包括：脑电信号采集设备、算法模块、脑电信号处理模块和刺激子系统；刺激子系统包括脑电信号诱发设备；

4、所述脑电信号诱发设备用于呈现多种刺激目标，所述刺激目标包括多种象棋模式刺激目标和多种象棋棋子刺激目标，每种刺激目标具有唯一闪烁频率；所述脑电信号采集设备用于实时采集用户的脑电信号，并将采集的脑电信号传输至所述算法模块；所述算法模块采用空-时均衡多窗算法检测脑电信号确定刺激判决结果，并将刺激判决结果输出至所述脑电信号处理模块；所述脑电信号处理模块用于生成与接收到的所述刺激判决结果相对应的逻辑控制指令；所述刺激子系统用于根据所述逻辑控制指令控制所述脑电信号诱发设备进行视觉反馈。

5、可选地，所述脑电信号采集设备在用于采集用户的脑电信号，并将采集的脑电信号传输至所述算法模块方面，具体包括：

6、将采集的脑电信号形成的数据流切分为固定长度的数据包，将各数据包存储在数据队列中，通过消息中间件kafka传输至所述算法模块。

7、可选地，所述算法模块通过消息中间件kafka将判决结果输出至所述脑电信号处理模块。

8、可选地，所述脑电信号采集设备包括电极、8导联头戴式脑电帽和8导联neurocal脑电放大器；电极置于8导联头戴式脑电帽的导联里，8导联neurocal脑电放大器接入所述8导联头戴式脑电帽的卡槽中；

9、所述脑电信号采集设备采集的脑电信号为稳态视觉诱发电位信号。

10、可选地，所述电极为凝胶式电极。

11、可选地，所述算法模块包括空-时均衡器，所述空-时均衡器用于：

12、以当前数据窗为起点，前向截取多个数据窗口，分别计算各数据窗口的判决统计量和判决结果；

13、若多个数据窗口中存在一个数据窗口内脑电信号的判决统计量小于设定阈值，且时间长度小于或者等于该数据窗口的连续k个数据窗口内脑电信号的判决结果相同，则将k个相同的判决结果作为刺激判决结果。

14、可选地，一个数据窗口的判决统计量表示为：

15、

16、其中，γ表示判决统计量，p(x'|hi)表示在hi刺激下x'的条件概率，p(x'|hq)表示在hq刺激下x'的条件概率，x'表示一个数据窗口的脑电信号，hi表示第i种刺激目标，hq表示第q种刺激目标，q表示刺激目标的数量；

17、判决结果表示为：

18、其中，result表示判决结果。

19、可选地，所述空-时均衡器每隔0.12秒读取一次实时脑电信号，进行空-时均衡多窗算法处理，其中数据窗口时间最长设置为6秒。

20、可选地，所述刺激子系统包括视觉刺激生成模块和视觉刺激控制模块；所述视觉刺激控制模块用于根据所述逻辑控制指令控制刺激范式的流程，所述刺激范式的流程包括象棋的模型选择、难度选择、棋子选择和位置选择；所述视觉刺激生成模块用于根据所述刺激范式的流程生成视觉刺激范式图像帧。

21、可选地，所述脑电信号诱发设备为液晶屏幕。

22、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

23、本发明通过述脑电信号诱发设备用于呈现多种刺激目标，采用空-时均衡多窗算法检测脑电信号确定刺激判决结果，并将刺激判决结果输出至脑电信号处理模块；脑电信号处理模块生成与接收到的刺激判决结果相对应的逻辑控制指令；刺激子系统根据逻辑控制指令控制所述脑电信号诱发设备进行视觉反馈，实现了脑电波对象棋的控制，可以辅助特定患者进行康复治疗。

技术特征：

1.一种基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，包括：脑电信号采集设备、算法模块、脑电信号处理模块和刺激子系统；刺激子系统包括脑电信号诱发设备；

2.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述脑电信号采集设备在用于采集用户的脑电信号，并将采集的脑电信号传输至所述算法模块方面，具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述算法模块通过消息中间件kafka将判决结果输出至所述脑电信号处理模块。

4.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述脑电信号采集设备包括电极、8导联头戴式脑电帽和8导联neurocal脑电放大器；电极置于8导联头戴式脑电帽的导联里，8导联neurocal脑电放大器接入所述8导联头戴式脑电帽的卡槽中；

5.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述电极为凝胶式电极。

6.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述算法模块包括空-时均衡器，所述空-时均衡器用于：

7.根据权利要求6所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，一个数据窗口的判决统计量表示为：

8.根据权利要求6所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述空-时均衡器每隔0.12秒读取一次实时脑电信号，进行空-时均衡多窗算法处理，其中数据窗口时间最长设置为6秒。

9.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述刺激子系统包括视觉刺激生成模块和视觉刺激控制模块；所述视觉刺激控制模块用于根据所述逻辑控制指令控制刺激范式的流程，所述刺激范式的流程包括象棋的模型选择、难度选择、棋子选择和位置选择；所述视觉刺激生成模块用于根据所述刺激范式的流程生成视觉刺激范式图像帧。

10.根据权利要求1所述的基于脑机接口的象棋系统，其特征在于，所述脑电信号诱发设备为液晶屏幕。

技术总结本发明公开一种基于脑机接口的象棋系统，涉及人机交互技术领域，该系统包括：脑电信号采集设备、算法模块、脑电信号处理模块和刺激子系统；刺激子系统包括脑电信号诱发设备；脑电信号诱发设备用于呈现多种刺激目标，刺激目标包括象棋模式刺激目标和象棋棋子刺激目标，每种刺激目标具有唯一闪烁频率；脑电信号采集设备实时采集用户的脑电信号，并将采集的脑电信号传输至算法模块；算法模块采用空‑时均衡多窗算法检测脑电信号确定刺激判决结果；脑电信号处理模块用于生成与接收到的刺激判决结果相对应的逻辑控制指令；刺激子系统用于根据逻辑控制指令控制脑电信号诱发设备进行视觉反馈。本发明实现通过脑电波对象棋的控制。技术研发人员：杨晨,徐运奇,张洪欣,许家鑫受保护的技术使用者：北京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17