一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统

摘要

本发明涉及一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统，包括刺激控制主机、视听刺激装置、EEG信号滤波放大器和数字化EEG信号记录装置，该刺激控制主机与视听刺激装置相连接，视听刺激装置通过被试者与EEG信号滤波放大器相连接，该EEG信号滤波放大器的输出端与数字化EEG信号记录装置相连接，其主要技术特点是：视听刺激装置还通过标记信号分配器与两台体感刺激器的触发信号输入端及EEG信号滤波放大器的标记信号输入端相连接，两台体感刺激器的输出端通过被试者与EEG信号滤波放大器相连接。本发明以编程方式实现同时诱发和记录三种感觉通道刺激的功能，解决了现有技术只能实现两种感觉通道刺激联合呈现的问题，拓展了ERPs的研究领域。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学信号检测领域，尤其是一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统。

背景技术

事件相关电位(Event Related Potentials，ERPs)是与感觉、认知活动密切相关的一类脑电信号(Electroencephalogram，EEG)。二十世纪六十年代，Sutton等提出了事件相关电位的概念，通过平均叠加技术从头皮表面记录大脑诱发电位来反映认知过程中大脑的神经电生理改变，因为事件相关电位与认知过程有密切关系，故被认为是大脑‘内嵌’功能的反映，也是我们了解大脑的窗口。ERPs属于诱发电位(Evoked Potentials，EPs)的一种，诱发电位依据刺激通道分为听觉诱发电位(Auditory Evoked Potentials，AEPs)、视觉诱发电位(VisualEvoked Potentials，VEPs)、体感诱发电位(Somatosensory Evoked Potentials，SEPs)等；根据潜伏期长短分为早潜伏期诱发电位、中潜伏期诱发电位、晚(长)潜伏期诱发电位和慢波。根据人脑认知过程，将诱发电位分为两大类：与感觉或运动功能有关的外源性刺激相关电位和与认知功能有关的内源性事件相关电位。

视觉、听觉和体感觉等多种感觉通道的刺激均可在自发脑电(EEG)的背景下诱发出ERP信号。近年来由于相关知识的积累和测试技术的进步，新技术在ERP研究中的应用取得快速发展，使跨感觉通道事件相关电位(CMERPs，Cross-Modal Event-Related Potentials)研究成为可能。在日常生活中，人们不得不同时注意多种感官信息以便在复杂环境中做出正确判断，而单一感觉通路刺激的ERP诱发模式对于准确、稳定、快速地分析和定位人的主动性认知活动存在明显的局限。为了更贴近于真实的认知环境和大脑惯常的功能活动状态，跨感觉通路(Cross-Model)刺激在近年来的神经生理学研究中得到广泛关注。CMERPs具有多感觉通道数据同时采集，且波幅高、潜伏期短尤其还含有高维度空间分布信息，可弥补单一感觉通道诱发ERP信息单一和无法整合其他感觉信息的局限，成为ERP研究领域中新的研究趋势。

CMERPs作为认知科学和医学神经科学研究中一种新型的研究手段，迄今为止，在认知神经科学和人机交互研究中应用的感觉信号刺激记录系统大多是以视、听、体感单独刺激和视听联合刺激为主，这样就限制的CMERP研究的范围，如在很多环境下需要体感觉、痛觉等感觉通道与视、听感觉通道一起参与认知神经活动；另一方面，SEP技术在国外先进国家神经外科手术中大量应用，以检测病人术中的神经信号通路状态，以最大限度地保护病人神经系统的安全。但是，现有技术只能实现视觉、听觉两种感觉通道刺激联合，不能将SEP与VEP和AEP信号结合起来应用，主要原因是三通道联合刺激系统对刺激触发技术的要求比较高，难以同时触发三个通道的刺激并准确标记刺激触发时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统，本发明通过构建一套可编程同时触发三种感觉通道刺激的系统，能准确标记刺激时间并在一定范围内任意调整三种感觉通道的刺激参数，实现同时诱发和记录三种感觉通道刺激的功能，解决了现有技术只能实现两种感觉通道刺激联合呈现的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统，包括刺激控制主机、视听刺激装置、EEG信号滤波放大器和数字化EEG信号记录装置，该刺激控制主机与视听刺激装置相连接，视听刺激装置通过被试者与EEG信号滤波放大器相连接，该EEG信号滤波放大器的输出端与数字化EEG信号记录装置相连接，视听刺激装置还通过标记信号分配器与两台体感刺激器的触发信号输入端及EEG信号滤波放大器的标记信号输入端相连接，两台体感刺激器的输出端通过被试者与EEG信号滤波放大器相连接。

而且，所述的信号分配器为一分二并口装置，一个并口与两台体感刺激器相连接，另一个并口与EEG信号滤波放大器相连接。

而且，与两台体感刺激器相连接的并口为25针并口，该25针并口的第4针和第5针分别与两台体感刺激器的触发信号输入端相连接。

而且，所述的刺激控制主机包括安装有刺激程序编辑软件的计算机和显示视觉刺激信号的视觉刺激显示器；所述的视听刺激装置为STIM AUDIO SYSTEM P/N1105设备；所述的EEG信号滤波放大器为SynAmps放大器；所述的数字化EEG信号记录装置为安装有EEG记录分析软件的计算机；所述的体感刺激器为依莱创电刺激器。

本发明的优点和积极效果是：

本发明通过构建一套视、听、体感三种感觉通道刺激系统，以编程方式实现同时诱发和记录三种感觉通道刺激的功能，同时在一定范围内可任意调整三感觉通道刺激的刺激参数，解决了现有技术只能实现两种感觉通道刺激联合呈现的问题，拓展了ERPs的研究领域，为三感觉通道联合刺激在认知神经科学和人机交互研究领域的应用提供了可靠的保证。

附图说明

图1为本发明的系统连接示意图；

图2为25针并口与两台体感刺激器连接示意图；

图3为系统处理流程示意图；

图4为本发明应用实例的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种视、听、体感跨感觉通道同时刺激和记录系统，如图1所示，包括刺激控制主机、视听刺激装置、标记信号分配器、两台体感刺激器、EEG信号滤波放大器和数字化EEG信号记录装置。刺激控制主机与视听刺激装置相连接，视听刺激装置的标记信号输出端通过标记信号分配器分别连接到两台体感刺激器触发信号输入端和EEG信号滤波放大器标记信号输入端；该视听刺激装置通过被试者与EEG信号滤波放大器的数据接收端相连接，两台体感刺激器的输出端通过被试者与EEG信号滤波放大器的数据接收端相连接，该EEG信号滤波放大器的输出端与数字化EEG信号记录装置相连接。其中，刺激控制主机包括安装有刺激程序编辑软件(Stim2软件)的计算机和用于显示视觉刺激信号的视觉刺激显示器；视听刺激装置采用STIM AUDIO SYSTEM P/N 1105设备，EEG信号滤波放大器采用SynAmps放大器，数字化EEG信号记录装置为一台安装有EEG记录分析软件(scan4.3)的计算机；两台体感刺激器采用珠海市神和医疗设备有限公司生产的依莱创电刺激器(ELECTRON-ESA)；标记信号分配器为一分二并口装置，一个并口与两台体感刺激器相连接，另一个并口与EEG信号滤波放大器相连接，其中，与两台体感刺激器相连接的接口为25针并口，如图2所示，该25针的第4针和第5针分别连接到两台体感刺激器触发信号输入端，第25针为接地端，视听刺激装置的标记信号通过25针并口的第4针和第5针触发两台体感刺激器工作。

下面结合如图3所示应用实例具体说明本系统的工作过程。按照上述方式将刺激控制主机、视听刺激装置、标记信号分配器、两台体感刺激器、EEG信号滤波放大器和数字化EEG信号记录装置连接在一起，被试者坐在视觉刺激显示器的前面并带上气动耳机，同时左手与体感刺激器相连接，进行视觉、听觉和体感觉三种刺激，其中每类刺激又包括靶刺激和非靶刺激两种形式。视觉刺激呈现在17寸CRT视觉刺激显示器中央，包括靶刺激(实心圆，绿色；直径3cm；持续时间60ms)和非靶刺激(实心圆，红；直径3cm；持续时间60ms)；听觉刺激由视听刺激装置(STIM AUDIO SYSTEM P/N 1105)输出，由气动耳机传导到双耳，包括靶纯音刺激(频率2kHz，强度80分贝，持续时间60ms)和非靶纯音刺激(频率1kHz，强度80分贝，持续时间60ms)；体感觉刺激由连接到被试左手食指的指环电极呈现，包括靶刺激(高强度：1.5±0.1mA，持续时间1ms)和非靶刺激(低强度：1.0±0.1mA，持续时间1ms)，体感觉刺激由两台依莱创电刺激器(ELECTRON-ESA)产生，视觉、听觉和体感觉刺激同时呈现。

本系统在刺激控制主机通过编程可以产生26个刺激条件，其中靶刺激条件有19个，每个刺激条件有72个刺激，非靶刺激条件有7个，每个刺激条件有150个刺激，靶刺激数量与非靶刺激数量的比例接近1∶1，靶刺激与非靶刺激随机呈现。刺激测试包括六个单元，刺激条件间的间隔时间从1.5-2.5s间随机产生，每个单元结束后被试者休息片刻。测试要求被试者探测到靶刺激后尽快准确地做出判断，并用右手食指按反应键，被试者的反应时间、正确率和脑电数据被同时记录。测试正式开始前需要对被试者进行200个刺激的反复训练，直到被试熟悉测试为止。测试在一间隔音的暗室完成。在测试过程中，要求被试者放松心情、集中注意力，端正地坐在距显示器75cm的位置，少眨眼，头尽量保持不动。

本系统的处理流程，如图4所示，刺激主机发出刺激命令后，视听刺激装置同时向两台体感刺激器及EEG信号滤波放大器发送标记信号，同时，视听刺激装置呈现视听刺激，体感刺激器呈现体感刺激，被试者受到刺激后并诱发ERPs，所产生的EEG信号被送入到EEG信号滤波放大器，EEG信号滤波放大器对EEG信号进行放大后送入到数字化EEG信号记录装置中进行记录分析处理。

为了实现二十六种刺激条件，针对视听刺激装置的输出原理，用刺激程序编辑软件Stim2设置刺激类型和刺激编号，以实现二十六种刺激类型，见表1。

利用二进制编码触发25针并口的第4针和第5针输出触发信号，通过在两台体感刺激器上设置不同的刺激参数，从而触发出两种不同的体感刺激，以区别靶与非靶刺激，再联合另外两个感觉通道的靶与非靶刺激，共同组成二十六种刺激条件。为了使每种多感觉通道刺激条件中的多个刺激同时呈现，利用刺激程序编辑软件Stim2调整视听刺激装置的触发类型，使刺激控制主机发送触发信号变为用声音刺激诱发触发信号，再通过调整声音刺激触发信号的触发时间，调整视听刺激装置触发信号的输出时刻，进一步来调整触发体感刺激的时间，从而实现三种感觉通道同时到达被试感觉器官。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。