睿眼随心——渐冻人脑电辅助交互系统

摘 要：针对传统人机交互方式无法从根本上解决渐冻症患者的语言沟通问题，文中设计了一款渐冻人脑电辅助交互系统——睿眼随心。系统基于稳态视觉诱导的脑电波检测技术，采用Neuroscan脑电读取设备捕捉大脑脑电信号，创新设计了牛顿环和棋盘格稳态视觉刺激范式，能够准确快速地诱导出大脑视觉区相应脑电信号，实现通过脑电进行人机交互。经验证，该系统使用方便，无需训练，准确高效，较好地满足了使用者的需求。

关键词：脑电辅助交互；牛顿环；稳态视觉刺激范式

1 作品简介

对于日渐丧失肌肉控制能力的渐冻症患者来说，与外界保持良好的沟通是他们最大的期盼。但随着病情的加重，传统的人机交互方式无法从根本上解决病人的语言沟通问题。“睿眼随心”辅助交互系统则应用基于稳态视觉诱导的脑电波检测技术，创新设计出棋盘格刺激范式，可准确、高效地实现意念拼字，意念开关多媒体设备等，更好地帮助渐冻症患者通过电脑与外界交流，改善他们的生活状况。

2 工作原理

1963 年，年仅 21岁的霍金不幸患上了一种名为“肌肉萎缩性侧索硬化症”的疾病。2014 年风靡一时的“冰桶挑战”，其由来便是为渐冻症病人捐款而发起，“渐冻人”也因此进入人们的视野，目前全球有 300 万渐冻症病人以及数以千万计的四肢瘫痪病人。

半个世纪以来，霍金在辅助替代沟通设备上的需求一定程度上引领着人机交互领域的变革，霍金每一次病情恶化都导致一项技术被迫淘汰，而科技一次次地帮助他重新“开口”讲话。但随着肌肉的萎缩，脑电波将成为辅助渐冻人与外界交互的最好方式。

然而目前传统的脑电波采集技术存在着准确性差、效率低、成本高等问题，对于目前较为准确的稳态视觉诱导脑电激发方式，我们创新设计了牛顿环和棋盘格刺激范式，有效提高了脑电的检测准确性，将其应用于脑控拼字、脑控多媒体系统开关均取得了良好的效果。这对于渐冻人辅助交互系统的研发与应用具有重要意义，也将有效改善他们的生活状况，对脑康复医疗领域发展有着重要意义。

准确、便利、高效是制约渐冻人人机交互系统发展的重要因素，而“睿眼随心”系统很好地解决了上述问题。作品采用 Neuroscan 脑电读取设备捕捉大脑脑电信号，创新设计了牛顿环和棋盘格稳态视觉刺激范式，能够准确快速的诱导出大脑视觉区相应脑电信号，由此可以实现通过脑电进行人机交互。我们设计了40 个棋盘格的拼字键盘，患者只需看着相应棋盘格闪烁就可实现字符的拼写输出，这样就完成了渐冻症患者的语言交流。同时，也可以应用脑电信号作为多媒体系统开关，让患者独自观看视频、听音乐、娱乐等，有效提高他们的生活质量，改善生活状况。

3 创新点

（1）选用稳态视觉诱导技术作为脑电信号激发方式，准确高效，无需训练，应用范围广；

（2）创新设计了牛顿环和棋盘格的刺激范式，有效改善了易疲劳、刺激强等缺点；

（3）设计了40 棋盘格键盘、多媒体开关牛顿环，操作简单，方便患者使用。

4 市场前景

（1）用户需求

目前全球有 300 多万渐冻症患者以及数以千万计的高位截瘫患者，与外界保持良好的沟通方式是他们最大的期盼。从人道主义的角度出发，改善他们的生活状况也是我们努力的方向。然而目前能用上人机交互设备的渐冻症患者少之又少，此类医疗设备目前还存在很大缺口。

（2）国家政策

残疾人医疗即将纳入医保，满足患者医疗康复需求，医疗康复器械有望迎来春天。同时国内康复机器人政策频出，预计还将在“十三五”规划中迎来利好。

（3）研发前景

作为一种脑机接口新技术研发，此类系统的成功应用对脑控康复医疗领域有重要意义，也将促进脑科学的发展。