一種通過腦-腦接口實現異體生物控制的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及腦機接口以及生物機器人領域，尤其涉及一種通過腦-腦接口實現異體生物控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]腦機接口(Brain Computer Interface，BCI) 一般指利用人的大腦與外部設備間建立的直接連接通路，它依靠腦電信號采集設備采集大腦電信號，輸出后經計算機處理，提取出人類的意愿信息，進而實現大腦對外界的直接控制。
[0003]生物機器人指利用動物體的運動機能，動力供應體制，從動物運動的感受傳入或神經支配入手，實現對動物的運動和某些行為的人為控制，從而利用動物特長代替人來完成人所不能和人所不敢的特殊任務，涉及電子信息技術，微納技術，生物科學技術等領域。生物機器人較普通的機器人在能源供給，運動靈活性，機動性和適應性方面有明顯的優勢。但目前對生物機器人的控制一般通過遙控操作實現，即借助于人為的操作而間接的完成對生物機器人的控制。
[0004]經調研，目前沒有發現有專利實現人腦與其它生物大腦直接通訊，實現人腦的意識直接控制其它生物的運動模式。在BCI控制機器人領域，專利CN103845137A “基于穩態視覺誘發腦機接口的機器人控制方法”實現了人腦信號控制外部機器人設備，但這完全不同于兩種活體生物之間的腦部通訊與控制；在生物機器人領域，專利CN101467515 “一種用于機器人哺乳動物的制導方法”實現了人手動遙控的方式來控制機器哺乳動物的運動，但沒有涉及人腦與機器動物之間的直接通訊與控制。
[0005]利用人類大腦直接控制生物機器人，不僅可以更加快捷的直接體現大腦意念，更重要的是應用于醫療領域，將為殘疾患者的生活帶來巨大的幫助，可以預見，腦-腦接口亦將成為人類科技研宄發展的一個方向。

【發明內容】

[0006]針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提出一種將傳統的腦機接口(BCI)，升級為“腦-腦接口 ”(BBI，腦機接口 +機腦接口)的系統和方法，實現人的大腦控制動物的大腦，不僅體現了腦機接口與生物機器人的完美融合，而且為腦-腦異體生物控制提供了一種新方向和思路。
[0007]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0008]一種通過腦-腦接口實現異體生物控制的系統，包括無線視頻采集模塊、腦機接口實時控制界面、無線腦電采集模塊、腦電信號實時解碼模塊、機器動物以及控制者，所述無線視頻采集模塊監控機器動物當前運動信息，無線傳輸至所述腦機接口實時控制界面；控制者在控制界面視覺感知機器動物運動狀態，通過視覺刺激模式表達控制意愿；所述無線腦電采集模塊采集腦電信號，無線發送至計算機端的腦電信號實時解碼模塊；所述腦電信號實時解碼模塊實時解碼接收到的腦電信號后，產生對機器動物的控制指令，無線發送至機器動物的神經電刺激模塊；所述神經電刺激模塊根據控制指令向動物神經發送弱電刺激脈沖序列，進而控制動物運動方向。
[0009]所述無線視頻采集模塊主要由攝像機，無線視頻發射模塊，無線視頻接收模塊組成。
[0010]所述無線腦電采集模塊主要由腦電采集儀和無線腦電信號接收模塊組成。
[0011]所述神經電刺激模塊主要由神經電刺激器、電極以及排針組成。
[0012]所述腦電信號實時解碼模塊主要由腦電控制程序和控制指令發送模塊組成。
[0013]一種通過腦-腦接口實現異體生物控制的方法，通過上述的系統完成，包括步驟如下:
[0014]步驟一、無線視頻采集模塊監控機器動物當前運動信息，無線傳輸至腦機接口實時控制界面；
[0015]步驟二、控制者在控制界面視覺感知機器動物運動狀態，通過視覺刺激模式表達自控制者腦控制意愿；
[0016]步驟三、腦電采集模塊采集腦電信號，無線發送至計算機端的腦電信號實時處理豐吳塊；
[0017]步驟四、腦電信號解碼模塊實時解碼接收到的腦電信號后產生對機器動物的控制指令，無線發送至機器動物的神經電刺激模塊；
[0018]步驟五、神經電刺激模塊根據控制指令向動物神經發送弱電刺激脈沖序列，進而控制動物運動方向；
[0019]重復以上步驟一至步驟五，實現腦-腦接口異體生物實時控制。
[0020]所述步驟一中機器動物是由神經電刺激器，若干根0.06mm漆包銀電極，排針和馬達加斯加蟑螂通過神經植入手術制作而成。
[0021]所述步驟二中腦機接口控制界面是利用穩態視覺誘發電位的原理，其中在界面左下角，右下角和頂部各有I個矩形黑白交替閃爍方塊，閃爍頻率分別為:
8.333HZ, 6.818HZ, 12.5HZ，控制者分別注視各個閃爍方塊以表示自主控制意愿。
[0022]所述步驟三中腦電信號解碼模塊將接收到的控制端腦電信號分類為3個結果，向左，向右和保持當前狀態的意念。
[0023]所述步驟五中神經電刺激器能產生參數可調節的方波脈沖序列。
[0024]本發明的有益效果如下:
[0025]將腦機接口(BCI)升級為腦-腦接口(BBI)，僅僅利用人的視覺以及意愿即可實現對機器動物遙操作式控制，為腦-腦異體生物控制提供了一種思路，將來可用于直接用大腦控制機器動物執行搜索，探險等任務，同時亦可用于醫療領域的殘疾患者的身體功能重建。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0027]圖1是本發明系統組成框圖；
[0028]圖2是本發明的系統結構示意圖；
[0029]圖3是本發明的實施例一的效果圖；
[0030]圖4是本發明的實施例二的效果圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0032]本發明所提供的通過腦-腦接口實現異體生物控制系統及方法，總體采用主從式控制范式實現腦-腦異體生物控制。具體描述如下:
[0033]1、在從端(被控制端)，需要設計出活體機器動物原型，首先要設計一個可以控制動物的神經電刺激模器，神經電刺激器包含無線通訊模塊和微控制器，無線模塊具有與控制指令端的無線通信功能，微控制器具有產生參數可調的弱電流脈沖功能，微控制器可以產生的方波脈沖幅值范圍為:0-3V ;頻率范圍為:0-150HZ ;脈沖持續時間:0-1000ms ；占空比:0-100% ο
[0034]優選的，本發明所使用的參數為頻率50HZ，持續時間500ms，幅值1.5V, 50%占空比的方波脈沖序列。
[0035]2、將此神經電刺激器安裝在動物身上，與神經電刺激器連接的刺激電極通過植入手術準確地與動物相關神經相連，調節刺激器產生恰當的電脈沖，刺激動物神經，即可使動物產生期望的運動走向。
[0036]3、在主端(控制端)，即人的大腦，需要采集出人腦的腦電信號以及獲取機器動物實時狀況的視頻，腦電信號的采集依靠將腦電采集儀穿戴于控制者的頭部來實現，機器動物實時狀況視頻是由攝像機拍攝并通過與其連接的視頻發射模塊無線發射至與計算機連接的視頻接收模塊實現，經計算機輸出至顯示器。
[0037]4、通過腦電信號實時解碼模塊解碼出人腦的意愿，然后將代表此意愿的指令無線發送至機器動物的神經電刺激模塊，進而實現人腦對機器動物的遙操作控制。
[0038]在圖1和圖2所示的本發明系統中:
[0039]控制端即指控制者I。
[0040]腦電采集模塊2由腦電采集儀和無線腦電