湖南信息学院刘玉龙获国家专利权
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龙图腾网获悉湖南信息学院申请的专利一种基于注意力状态的智能神经调控方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118925061B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-15发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410995783.5,技术领域涉及:A61N1/36;该发明授权一种基于注意力状态的智能神经调控方法及系统是由刘玉龙;向雅丽;周梦妮;李青青;李华智设计研发完成,并于2024-07-24向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于注意力状态的智能神经调控方法及系统在说明书摘要公布了:一种基于注意力状态的智能神经调控方法及系统,属于注意力状态分析与调控领域,该方法包括:实时采集EEG信号并进行预处理后提取注意力相关特征;在初始阶段时针对使用任务需求采集用户在不同注意力状态下的EEG信号建立基线数据;利用智能学习算法训练注意力状态评估模型;在用户使用设备时,实时采集并监测EEG信号,利用注意力状态评估模型对EEG信号进行评估,判断用户当前的注意力状态;根据评估结果判断是否需要执行神经调控;生成神经调控策略并执行神经调控策略。本发明基于脑电信号的注意力状态评估等级,根据评估结果智能化选择最优非侵入式经颅电刺激神经调控方法,以改善注意力状态,具有更高的时效性、准确性和灵敏度。
本发明授权一种基于注意力状态的智能神经调控方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于注意力状态的智能神经调控系统,用于实现一种基于注意力状态的智能神经调控方法,其特征在于,该系统包括:脑电采集模块、主控模块以及神经调控模块;由所述主控模块向所述脑电采集模块发送EEG信号采集的开始指令,所述脑电采集模块开始采集EEG信号并发送给所述主控模块,所述主控模块进行信号处理与特征提取,同时进行模型训练以及实时注意力状态评估,并根据实时注意力状态评估结果,判断是否需要执行神经调控;当需要执行神经调控时,将在所述神经调控模块中生成神经调控策略,所述主控模块向所述神经调控模块发送神经调控参数指令,所述神经调控模块将依据神经调控参数指令执行神经调控策略,并向所述主控模块反馈调控结束信号; 所述一种基于注意力状态的智能神经调控方法包括以下步骤: 1实时采集用户的EEG信号,捕捉与注意力状态相关的脑电波; 2对采集的原始EEG信号进行预处理,并提取EEG信号中与注意力相关特征; 3在用户使用设备的初始阶段时,针对使用任务需求采集用户在不同注意力状态下的EEG信号,以此建立基线数据;利用智能学习算法,基于基线数据训练注意力状态评估模型; 所述注意力状态评估模型包括:数据预处理模块和浅层卷积神经网络模块; 所述数据预处理模块用于对EEG信号数据进行整理和时频转化:首先对数据进行清洗,移除冗余和缺失的数据,减少模型对数据运算负担;然后对每个时间窗口内的EEG信号进行频谱分析,使用快速傅里叶变换计算每个频段的功率值;再采用主成分分析方法来减少特征数量;最后将数据归一化处理以加快模型收敛; 所述浅层卷积神经网络模块用于对预处理后的数据进行分类评估;所述该浅层卷积神经网络模块包括:输入层、两个卷积层、两个池化层、全连接层和输出层;所述输入层根据用户个体使用的感知及其所对应的脑区或者多感知获取预处理后的信号;所述卷积层采用双层结构,通过两个卷积层提取局部特征,每个卷积层后设置一个最大池化层以减少特征尺寸;所述全连接层中进一步优化结果,减少过拟合;所述输出层采用Softmax激活函数实现注意力状态的分类及评估; 4在用户使用设备时,系统将实时采集并监测EEG信号,同时利用训练好的注意力状态评估模型对实时采集的EEG信号进行分析和评估,判断用户当前的注意力状态; 5生成神经调控策略; 根据实时注意力状态评估结果,判断是否需要执行神经调控;当需要执行神经调控时,系统将生成神经调控策略,以此选择合适的神经调控方法和神经调控参数; 通过EEG实时监测和注意力状态评估结果与经颅电刺激策略做自适应最优神经调控策略筛选,其具体操作流程如下: 在经过EEG实时监测和注意力状态评估后得到用户状态等级,对评估的高注意力状态、中注意力状态、低注意力状态或注意力分散状态,设定对应不同参数的经颅电刺激策略:当高注意力状态时,使用0.5~1mA范围的高斯随机电流刺激方案,保持注意力状态和优化注意力资源分配;当中注意力状态时,则采用0.5~1mA范围的两类混合经颅电刺激方案,分别采用高斯随机电流刺激方案和γ波30~45Hz余正弦交流电刺激方案;当低注意力状态时,则采用1.0~1.5mA范围的两类混合经颅电刺激方案,分别采用高斯随机电流刺激方案和β波13~30Hz余正弦交流电刺激方案;当注意力分散状态时,则采用1.5~2mA范围的三类混合经颅电刺激方案,分别采用高斯随机电流刺激方案、β波余正弦交流电刺激方案和经颅直流电刺激方案; 在每个刺激周期结束后将再次对注意力状态评估,并以评估阈值的结果优化经颅电刺激策略;当首次评估结果为高注意力状态时,则实时周期性监测和评估,并依次在1、3、5…个周期后执行高斯随机电流刺激;在注意状态等级再次评估为中注意力状态、低注意力状态或注意力分散状态后,则执行以下对应的经颅电刺激策略:当刺激后的阈值偏向高注意力状态时,则维持上次的经颅电刺激方案,该经颅电刺激方案也为最优神经调控方案;当刺激后的阈值偏向保持不变或降低时,调整上次经颅电刺激方案的参数,同时增加0.1mA电流和1Hz频率,每执行一个周期调整一次,直至调整到最优神经调控方案; 所述高斯随机电流刺激方案在高、中、低注意力状态和注意力分散状态时对应的时间占比依次为100%、50%、30%和10%;所述注意力分散状态时的经颅直流电刺激方案对应的时间占比为30%,余下的时间则为其对应的余正弦交流电刺激方案;同时刺激时间周期占比也会随着实时监测阈值偏向高注意力状态而保持不变,或者阈值对应注意力状态不变或偏向低注意力状态而增加余正弦交流电刺激方案占比时间,以获得最优神经调控方案;而在注意力分散状态时阈值不变或降低,则增加经颅直流电刺激方案对应的时间占比; 6执行神经调控策略。
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