本發(fā)明涉及認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域和信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用，尤其涉及一種基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

神經(jīng)反饋是產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)六十年代的一種治療技術(shù)，可以適用于身體疾病、精神心理疾病、康復(fù)治療等很多領(lǐng)域。神經(jīng)反饋主要是利用一些電子儀器設(shè)備，測(cè)量神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)狀況，并把正?；虍惓５纳窠?jīng)系統(tǒng)活動(dòng)狀況有選擇的轉(zhuǎn)換為視覺或聽覺信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給用戶。

神經(jīng)反饋治療技術(shù)可用于改善認(rèn)知功能，或治療心理或行為障礙的系統(tǒng)。提高專注力：專注力是大腦思維、記憶、學(xué)習(xí)等一系列活動(dòng)的基礎(chǔ)，專注力的提高是個(gè)體在學(xué)習(xí)與工作方面都效果效率提升的基礎(chǔ)，并且思維力的提高有助于從不同角度思考，產(chǎn)生創(chuàng)新力，提高學(xué)習(xí)與工作的滿足感，大腦保持年輕、身心合一。提升大腦“工作態(tài)”：專注力和自我調(diào)節(jié)放松能力的高匹配狀態(tài)稱為“工作態(tài)”，在工作態(tài)下，人的自制力、記憶力、邏輯思維能力、對(duì)外界信息的接受能力、思維范疇開拓能力都處于高效狀態(tài)。

傳統(tǒng)的神經(jīng)反饋技術(shù)的應(yīng)用一般采用心電、皮膚溫度、肌電和呼吸節(jié)律等作為輸入信號(hào)，反饋手段也比較單一，聽覺多為簡(jiǎn)單的音節(jié)，視覺方面多為紅綠燈形式。另外，腦電波信號(hào)是一種非常微弱的信號(hào)，神經(jīng)反饋系統(tǒng)中獲得的信號(hào)的準(zhǔn)確性難以保證，且很難保證控制信號(hào)的正確率，最后的反饋效果準(zhǔn)確性也不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一個(gè)基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)人體的行為進(jìn)行塑造與訓(xùn)練，不但可以對(duì)由焦慮、抑郁、失眠、緊張、壓力過大、情緒問題和身心疲勞等的人群進(jìn)行訓(xùn)練，還可通過自我調(diào)節(jié)緩解上述癥狀；也適用于個(gè)人心理綜合能力提高，通過訓(xùn)練提升自身大腦工作態(tài)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)，包括腦電采集模塊和處理計(jì)算模塊：

所述腦電采集單元包括傳感器單元、第一處理電路和第一無線通信單元；所述傳感器用于采集人體身體生理信號(hào)和/或物理信號(hào)，所述傳感器連接所述第一處理電路；所述第一處理電路用于接收所述傳感器的采集信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)過濾、調(diào)制和放大處理；所述第一無線通信單元將第一處理電路的數(shù)據(jù)無線傳輸至處理計(jì)算模塊；

所述處理計(jì)算模塊包括第二無線通信單元、第二處理單元和輸入輸出單元；所述第二無線通信單元接收腦電采集單元的采集數(shù)據(jù)并傳輸至第二處理單元；所述第二處理單元對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和分析產(chǎn)生大腦的分析結(jié)果及專注力水平估值；所述輸入輸出單元包括將分析結(jié)果及專注力水平估值進(jìn)行直觀顯示的顯示設(shè)備。

優(yōu)選地，傳感器包括腦電傳感器和/或運(yùn)動(dòng)傳感器，所述腦電傳感器用于采集人體的腦電波信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)傳感器用于采集人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。

優(yōu)選地，第二處理單元包括存儲(chǔ)單元、信號(hào)預(yù)處理單元和注意力分析單元。

優(yōu)選地，第一無線通信單元和第二無線通信單元包括藍(lán)牙模塊、WIFI模塊和/或ZigBee模塊。

優(yōu)選地，處理計(jì)算模塊還包括第三無線通信單元，所述第三無線通信單元用于網(wǎng)絡(luò)連接外部終端。

優(yōu)選地，處理計(jì)算模塊還包括運(yùn)動(dòng)傳感器，所述運(yùn)動(dòng)傳感器連接所述第二處理單元。

本發(fā)明還提供了一種基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

S1:通過腦電采集模塊的傳感器單元采集人體身體生理信號(hào)和/或物理信號(hào)；

S2：腦電采集模塊的第一處理單元接收所述傳感器單元的采集信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)過濾、調(diào)制和放大處理；

S3：腦電采集模塊的第一無線通信單元將第一處理單元的數(shù)據(jù)無線傳輸至處理計(jì)算模塊；

S4：處理計(jì)算模塊的第二無線通信單元接收第一無線通信單元傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(jù)；

S5：處理計(jì)算模塊的第二處理單元對(duì)所述采集數(shù)據(jù)進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分析后生成大腦的分析結(jié)果及專注力水平估值；

S6：通過處理計(jì)算模塊的顯示設(shè)備將分析結(jié)果及專注力水平估值進(jìn)行直觀顯示。

優(yōu)選地，步驟S1中包括腦電傳感器采集人體的腦電波信號(hào)和/或運(yùn)動(dòng)傳感器采集人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電信號(hào)。

優(yōu)選地，步驟S3和S4中的第一無線通信單元和第二無線通信單元包括藍(lán)牙模塊、WIFI模塊和ZigBee模塊中的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1)本發(fā)明提供的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)涉及生理學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用于臨床心理學(xué)，也可用于精神病學(xué)、健康康復(fù)領(lǐng)域。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集人體大腦的腦電波信號(hào)，監(jiān)控個(gè)體的心理狀況。通過系統(tǒng)提供的心理學(xué)專業(yè)訓(xùn)練方式對(duì)個(gè)體進(jìn)行專注訓(xùn)練、放松訓(xùn)練，再輔以硬件訓(xùn)練遷移技術(shù)，能夠提高個(gè)體在日常生活中的專注與放松能力，有效對(duì)抗學(xué)習(xí)、工作中的壓力與挑戰(zhàn)，改善人際關(guān)系，提高生活質(zhì)量。

2)本發(fā)明實(shí)施例提供的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)集成度高，采用傳感器信號(hào)采集、濾波、放大及分析計(jì)算等一體化工作，直接輸出數(shù)字化的腦電波數(shù)據(jù)，不需要再額外使用專用放大器進(jìn)行信號(hào)放大處理，從而極大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，也極大地縮小了腦電波設(shè)備的體積，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備的使用方便性。且通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，帶有腦電采集模塊的發(fā)帶在佩戴時(shí)不受線纜的約束，可以在站、坐、躺等多種姿勢(shì)下方便的進(jìn)行腦電波數(shù)據(jù)采集。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

另外，本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

下面結(jié)合附圖和示例性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述，其中如果已知技術(shù)的詳細(xì)描述對(duì)于示出本實(shí)用新型的特征是不必要的，則將其省略。

在認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域，通過研究證明，占大腦額葉大部分的前額區(qū)是創(chuàng)造力、記憶力、交際能力和自我控制力的源泉。我們的大腦無時(shí)無刻不在產(chǎn)生腦電波，人類在進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)在大腦產(chǎn)生的生物電信號(hào)就是腦電波。腦電波的頻率和波幅，在某種程度上代表了生理、心理、病理等狀態(tài)下的神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放的性質(zhì)和強(qiáng)度，而位相則提供了沖動(dòng)產(chǎn)生的可能部位及其可能的腦區(qū)。這些自發(fā)的生物電信號(hào)的頻率變動(dòng)范圍通常在0.1Hz－50Hz之間，根據(jù)其頻率不同可劃分為Delta波、Theta波、Alpha波、Beta波、Gamma波等多種類型，每種類型的腦波都與人的心理狀態(tài)相關(guān)，具體的腦電圖信號(hào)的分類及與心理狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系見如下表1：

表1：腦電圖信號(hào)分類與心理狀態(tài)

基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)，包括嵌入式硬件系統(tǒng)，可接收采集人體信號(hào)傳感器的檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)信號(hào)包括不限于腦電信號(hào)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。該嵌入式硬件系統(tǒng)支持多個(gè)應(yīng)用程序模塊，如娛樂應(yīng)用或者娛樂游戲等應(yīng)用程序模塊等。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)包括腦電采集模塊100和處理計(jì)算模塊200。其中：

腦電采集模塊100包括傳感器單元、第一處理單元13和第一無線通信單元14。所述傳感器單元用于采集人體身體生理信號(hào)和/或物理信號(hào)，傳感器單元連接第一處理單元13；第一處理單元13用于接收傳感器的采集信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)過濾、整形、調(diào)制和放大處理；第一無線通信單元14將第一處理單元13的數(shù)據(jù)無線傳輸至處理計(jì)算模塊200；

處理計(jì)算模塊200包括第二無線通信單元25、第二處理單元23和輸入輸出單元24；第二無線通信單元25接收腦電采集模塊100的采集數(shù)據(jù)并傳輸至第二處理單元23；第二處理單元23對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和分析產(chǎn)生大腦的分析結(jié)果及專注力水平估值；輸入輸出單元24包括將分析結(jié)果及專注力水平估值進(jìn)行直觀顯示的顯示設(shè)備。第一無線通信單元14和第二無線通信單元25，可以采用包括藍(lán)牙模塊、WIFI模塊和/或ZigBee模塊等短距通信模塊的任一種。

在大量數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生大腦的分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，專注力水平與放松水平模糊評(píng)估方法可以采用Beta和小于45赫茲Gamma波能量相加進(jìn)行結(jié)果評(píng)估計(jì)算。

輸入輸出單元24還包括進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入的設(shè)備，如鍵盤和鼠標(biāo)。

參見圖1，傳感器包括腦電傳感器11、運(yùn)動(dòng)傳感器12或其它可采集人體生理及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的傳感器，例如攝像頭、心電傳感器、肌電傳感器和眼電傳感器等。腦電傳感器11用于采集人體的腦電波信號(hào)，運(yùn)動(dòng)傳感器12用于采集人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電信號(hào)。

較佳的，腦電傳感器11采用干電極進(jìn)行腦電波信號(hào)采集，無需涂抹任何導(dǎo)電膏和生理鹽水。且織物干電極具有佩戴舒適，使用方便快捷等優(yōu)勢(shì)，能夠快速適應(yīng)不同的工作環(huán)境。

第二處理單元23包括信號(hào)預(yù)處理單元和注意力分析單元。其中：

第二處理單元23連接存儲(chǔ)單元22或有權(quán)訪問存儲(chǔ)單元22。存儲(chǔ)單元22存儲(chǔ)處理計(jì)算模塊200的控制功能指令和數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后的采集信號(hào)；

信號(hào)預(yù)處理單元對(duì)采集的腦電波信號(hào)進(jìn)行基本的校準(zhǔn)和濾波，以消除不必要的干擾；

注意力分析單元通過節(jié)律波能量和特定腦區(qū)之間的相干性共同作為特征，用支持向量機(jī)構(gòu)建注意力分析模型，利用腦電波信號(hào)預(yù)測(cè)用戶當(dāng)前的注意力水平估值。

通過采集用戶的腦電波信號(hào)，并傳輸給注意力分析單元，經(jīng)過注意力分析單元的分析之后，將反映用戶當(dāng)前注意力水平的腦電波節(jié)律波能量分布，以圖形化等直觀的形式呈現(xiàn)給用戶，指導(dǎo)用戶利用反饋信號(hào)定向調(diào)節(jié)和強(qiáng)化特定腦波節(jié)律信號(hào)，從而達(dá)到提高表征注意力水平的腦電波節(jié)律信號(hào)，達(dá)到提高注意力的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體的行為進(jìn)行塑造與訓(xùn)練。

具體的，存儲(chǔ)單元22可包括任何非過渡、固態(tài)存儲(chǔ)器或在該項(xiàng)技術(shù)中已知的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。這樣的flash包括但不限于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)、閃存(Flash)或能夠讀取計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的設(shè)備。此外，存儲(chǔ)電路22還存儲(chǔ)了訓(xùn)練系統(tǒng)上搭載的多個(gè)應(yīng)用程序的運(yùn)行數(shù)據(jù)。處理計(jì)算模塊200還包括第三無線通信單元26，第三無線通信單元26用于網(wǎng)絡(luò)連接外部終端，如臺(tái)式電腦、手機(jī)或者平板等終端。

優(yōu)選地，處理計(jì)算模塊還包括運(yùn)動(dòng)傳感器21。運(yùn)動(dòng)傳感器21連接所述第二處理單元23輸出采集數(shù)據(jù)，處理計(jì)算模塊200可以通過運(yùn)動(dòng)傳感器捕捉用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練系統(tǒng)，集成度高，采用傳感器信號(hào)采集、濾波、放大及分析計(jì)算等一體化工作，直接輸出數(shù)字化的腦電波數(shù)據(jù)，不需要再額外使用專用放大器進(jìn)行信號(hào)放大處理，從而極大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，也極大地縮小了腦電波設(shè)備的體積，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備的使用方便性。

通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，帶有腦電波采集模塊的發(fā)帶在佩戴時(shí)不受線纜的約束，可以在站、坐、躺等多種姿勢(shì)下方便的進(jìn)行腦電波數(shù)據(jù)采集。

本發(fā)明還提供了一種基于傳感器反饋用于大腦能力培訓(xùn)的訓(xùn)練方法，包括以下步驟：

S1:通過腦電采集模塊的傳感器單元采集人體身體生理信號(hào)和/或物理信號(hào)；

S2：腦電采集模塊的第一處理單元接收所述傳感器單元的采集信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)過濾、調(diào)制和放大處理；

S3：腦電采集模塊的第一無線通信單元將第一處理單元的數(shù)據(jù)無線傳輸至處理計(jì)算模塊；

S4：處理計(jì)算模塊的第二無線通信單元接收第一無線通信單元傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(jù)；

S5：處理計(jì)算模塊的第二處理單元對(duì)所述采集數(shù)據(jù)進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分析后生成大腦的分析結(jié)果及專注力水平估值；

S6：通過處理計(jì)算模塊的顯示設(shè)備將分析結(jié)果及專注力水平估值進(jìn)行直觀顯示。

其中，步驟S1中包括腦電傳感器采集人體的腦電波信號(hào)和/或運(yùn)動(dòng)傳感器采集人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電信號(hào)。

其中，步驟S3和S4中的第一無線通信單元和第二無線通信單元包括藍(lán)牙模塊、WIFI模塊和ZigBee模塊中的一種。

以上僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，并不用于局限本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的修改、等同替換和改進(jìn)等，均需要包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。