專利名稱：測定個人專注程度的方法
技術領域：
本發明領域涉及一些測定個人的注意力集中，專心和／或感興趣程度的方法，這種測定是通過對至少一種從個人軀體，例如從個人的頭，而且一般是從大腦的額葉發出的信號的測量來實現的。更具體地說，本發明涉及一種通過對至少一種從個人軀體發出的信號的測量來測定個人注意力集中程度的方法，其間，還將對這種從軀體發出的信號進行處理并作為一種注意力指標(attention indicator)整合進一計算機程序，如視頻游戲中，因而可由此提供附加的輸入信號。再更具體地說，本發明涉及一種檢測使用者的專心、感興趣和／或注意力的單一集中(single-pointed focus of attention)的新方法。
背景技術：
大腦產生一些電信號，頻率至少為0-40赫茲(“Hz”)，它們是可從頭皮進行測量的。這些信號構成了EEG，也就是腦電圖。所有先前的與EEG有關的專利和發明都是基于智力構架(intellectualframework)上的，它明確規定頻率大約為0-4Hz的信號通常表示一種深度睡眠狀態(所謂的“δ”波段)；頻率大約為4-8Hz的信號通常表示幻想或做白日夢的狀態(所謂的“θ”波段)；頻率大約為8-13Hz的信號表示一種警覺但內心活動又不多的狀態(即所謂的“α”波段)；頻率為13Hz的信號表示一種警戒狀態(vigilant state)(即所謂的“β”波段)。
盡管這可能對于從大多數大腦皮層測得的信號都是真的，但該發明卻是以第一申請人的研究為基礎的，該研究表明，在大腦的前額和前額中央的中線部分，圍繞腦電圖上標為FCz，Fz，AFz和FPz位置的部分都能可靠地顯示出一種額外的現象。這些區域覆蓋了執行注意力的網絡的一些部分，在這些區域內集中于一目標上的注意力會使所有這些有組織的腦電波圖案(organized brainwave patterns)在強度上減小。推測來看，它們是被一較高頻率的非常隨機的皮層活動圖案所取代，這將是很難用傳統的EEG儀器來測量的，因為腦電波會被頭骨所衰減。本發明通過在一個或多個上述位置上測量頻率為0-40Hz的有組織的EEG輸出信號的減小來監測注意力集中、專心和感興趣的程度。當集中注意力一般發生在0-11Hz之間時，在振幅或功率上的衰減就最大。據申請人所知，還沒有一種教導提出把此額葉EEG信號的抑制應用于提供注意力指標的方法。
理想的是提供一種檢測這種腦電波輸出信號的減小和將這種信號整合進計算機程序如視頻游戲的方法。
更理想的是提供一種檢測產生于個人大腦的信號，并由它導出對于個人注意力集中程度、對于特殊經歷的專心或感興趣水平度量的方法。
例如，授予Ayers的美國專利No．5，571，057就公開了一種用于選擇預先安排的一些目視圖像系列以反應從使用者軀體，例如從使用者的頭部發出的生物電信號的裝置和方法。但是，還需要提供一種方法來檢測由個人大腦產生的電信號并將這檢測到的信號整合進帶有或不帶有圖像的計算機程序，如象視頻游戲中，使得由此提供的額外輸入信號可改變、影響、調節和改進這種按照復雜的可定制的方式運行的計算機程序，如象視頻游戲的操作。
例如，Ugo等人的歐洲專利申請No．177，075簡略地講述了一種用于電子游戲的電子系統，其中可由使用者的手操縱的一些現存的手動控制，可完全被直接由從使用者大腦發出的一些信號操縱的等效控制所取代。但是，還需要提供一種檢測由個人大腦產生的信號的方法，最好是用安放在上述中線位置的單一EEG傳感器來進行檢測，并且通過一種對使用者的專心、感興趣和／或注意力單一集中(one-pointedfocus of attention)的程度有反應和／或適用的方法來對這些信號加以處理。此外還需要提供一種能處理此被檢測到的信號，并將其整合進計算機程序(如視頻游戲)的方法，其中計算機程序(如視頻游戲)的手動控制(如象用操縱桿，鍵盤，鼠標或其它的類似輸入裝置)都能被由前述被檢測信號導出的復雜的控制輸入啟動或補充，但它們并不會完全被這復雜的控制輸入取代。此外，根據使用者的注意力指標就能改進這種游戲的驅動邏輯。
發明內容
本發明是一種檢測和處理響應使用者對計算機程序(如視頻游戲)的專心、興趣和／或單一注意力集中程度的EEG信號的方法。例如，很多計算機程序，如象視頻游戲或娛樂教育系統(edutainnmentsystem)[“娛樂教育”是教育和娛樂兩字的組合]都包括一或多個輸入裝置，如操縱桿、鍵盤、鼠標或其它類似的輸入裝置，以便在實現所玩具體游戲節目的目標的過程中控制和影響它的運行。作為另一例子，很多計算機程序，如視頻游戲，通過創造一虛擬人物的方法將單個的游戲者置入一虛擬世界之中，游戲者通過操縱幾個連接在計算機(如視頻游戲系統)上的輸入裝置就可控制這虛擬人物的動作，猶如游戲者自己就身處這虛擬世界之中一樣。那時游戲者就控制這虛擬人物的動作來實現該計算機程序的主要目標，舉例說如揭開神秘宇宙的秘密或打敗虛擬之敵。
本發明提供一種方法，通過它使用者可以無縫地將他的思維焦點和意向(mental focus and intention)整合進這由計算機程序(如視頻游戲或教育娛樂程序)所展現的虛擬世界中。例如，本發明提供一種可供游戲者穿戴的發帶或頭套(headband or headset)，其中安置在發帶或頭套上的傳感器可檢測出從游戲者頭部(更具體地說是從游戲者大腦)發出的可測量的原始信號，這些信號都是在與游戲者注意力集中程度相應的頻率范圍內。
檢測從個人軀體發出的信號的優選位置是在個人大腦的前額或前額中央的中線部分，并在或靠近常常叫做FCz，Fz，AFz，和FPz的位置處，在這些位置上個人對于一目標的專心或單一的注意力集中會使有組織的腦電波圖案的強度減小。一般來說，理想信號的檢測可能出現在兩條線界定的區域之內，每條線都延伸在兩耳垂之間，一條通過鼻子的最淺部分(即鼻根)，而一條通過頭的最高的最中心部分(即頭頂)向前一英寸的點。本發明可通過在前述位置上測量頻率為0-40Hz的有組織的EEG輸出信號的減弱來測定對于個人正在盯著的目標的注意力集中程度，和由此顯示的個人對這目標的感興趣程度。可以看出，輸出信號強度的最大減弱出現在0-11Hz的頻帶范圍內。
發帶傳感器可檢測由游戲者正在發出的反應游戲者注意力水平的原始信號。這種原始信號可通過一接口單元轉換成一功能性注意力指標(functional Attention Indicator)，然后將它輸出到計算機程序如視頻游戲系統中，以便啟動或補充可由游戲者操縱的現有手動控制。
該功能性注意力指標可整合進計算機程序如視頻游戲或教育娛樂程序中，以便提供任意一種能反應游戲者的專心、放松(此處被定義為專心的反面)或興趣水平的控制方法。這樣，本發明就可用來改進眼，腦，手之間的協調。例如，在游戲者的目的是使一個目標在他的操縱下運動直到趕上另一被計算機程序(如視頻游戲程序)難以捉摸地控制和移動的目標為止的場合，游戲者的被測目標的亮度或清晰度在游戲者對它的注意力松懈時就可能變得不那么強。只有當游戲者充分專心于他的目標時，他的目標才會以足夠的分辯率顯現出來，以便使他能按照游戲目的的要求來控制它。另外，在此游戲方面的手動控制(如用操縱桿或鼠標上的滑動件或按鈕啟動)之前，就可要求此個人具有足夠的專心程度。作為另一個例子，一預定的閾值水平或游戲者的專心水平的迅速提高，可以用來觸發預定的游戲事件，舉例來說，如象虛擬槍的開火。再者，盡管這目標仍是手動駕馭的，但當游戲者專注更強烈時，他的游戲目標的運動速度就可以增大。
本發明的目的是提供一種檢測從個人軀體一部分，舉例來說如從個人的頭部發出的EEG信號并由這種信號導出一種注意力指標信號的方法，這種指標信號是個人的專心、松懈或興趣的指示。
本發明的另一目的是提供一種檢測、處理從個人軀體一部分例如從個人的頭部發出的信號，并將這經檢測處理的信號整合進計算機程序如視頻游戲之中的方法，其中由此提供的額外輸入信號就會影響該計算機程序如視頻游戲的運作。
本發明的又一目的是提供一種檢測、處理從個人軀體一部分例如從個人的頭部發出的信號，并將這經檢測、處理的信號整合進計算機程序如視頻游戲或教育娛樂程序之中的方法，其中雖然計算機程序如視頻游戲的手動控制件(例如象視頻游戲的操縱桿、鍵盤、鼠標或其它的類似輸入裝置)都不會被替換，但它們卻會被由本發明設備檢測的信號導出的控制輸入信號所啟動或補充。
本發明的又另一目的是提供一種檢測、處理從個人軀體一部分例如從個人頭部發出的信號，并將此經檢測、處理的信號整合進計算機程序如視頻游戲或教育娛樂程序之中的方法，其中由此檢測的該信號來自于個人的大腦，其中該信號被置于個人頭部額中線或額中心區或其附近的單個或多個EEG傳感器檢測。
本發明還有另一個目的是提供一種檢測、處理和整合從個人軀體一部分例如從個人的頭部發出的信號的方法，其中由此檢測到的信號被用來幫助個人提高他的專心程度，以及提高他在更專注和不那么專注兩狀態之間輪轉的能力。
本發明的另一目的是提供一種方法，使用這種方法就可在個人參與或被動經歷一些事件，如象上課、看電影、廣告、視頻游戲，或運動等事件時，就可通過將這些腦電波的專注信號輸入計算機程序來監測和記錄個人的注意力、專心或感興趣程度。
本發明的又一目的是把這種腦電波注意力指標用作生物反饋來幫助使用者訓練，從而提高他的注意力和提高他在緊張的專注狀態和較松懈狀態之間的輪轉能力。此外，本發明還包括利用口頭指令來幫助使用者將他的注意力焦點轉移到其它的感覺輸入(sensory input)和／或智力經歷(mental experiences)或各種學習或工作任務上。當使用者同時正在完成其它任務時，特別是在視窗計算機環境中完成任務時，它還包括對使用者的生物反饋信息的視聽演示，以便改善使用者的工作和學習成效，以及完成任務的堅持力。生物反饋協議(biofeedbackprotocol)就是可用于這種目的一種規范，當使用者正全神貫注時就保持安靜，但當腦電波的注意力指標移到某閾值以上時，就會用發出愉快的聲音來溫和地提醒使用者集中注意力。但是，本發明還想象出了一些其它的協議，在同時發生一些事件時，可通過使用功能性注意力指標來鼓勵使用者集中注意力。
更具體地說，本發明包括一種檢測個人的注意力集中程度用的方法，它包括下述步驟從至少一個與個人的額葉保持電連接關系的第一傳感器獲取有代表性的額葉腦電波信號；從至少一個與較為電中性的位置保持電連接關系的第二傳感器獲取有代表性的參考信號；從上述有代表性的額葉腦電波信號中減去上述有代表性的參考信號以產生一差值額葉腦電波信號(difference frontal lobe brainwave signal)，并對此差值額葉腦電波信號進行處理，以便產生表示個人注意力集中程度的注意力指標信號(A指標信號)，其中該注意力指標信號與差值額葉腦電波信號的振幅量度的任何數學變算成反比；將此注意力指標信號輸入一裝置；以及按照要求重復這些步驟。上述數學變換可能涉及其振幅、功率或任何方面的線性的、對數的或指數的變換。相反的關系可以通過很多的數學方法獲得，這些方法包括但不限于下面這些(1)從任一固定數減去該數學變換值；(2)用該數學變換值去除一固定數。
本發明的更進一步的目的是監測該注意力指標，并由此記錄和記住游戲者的偏愛以便以后在該視頻游戲中使用，或便于開發者在以后改進該游戲和／或創造將來的游戲時使用。本發明還可用于記錄、記住并隨后分析和比較那些正在經歷某些感受的使用者的興趣程度，如看電影或廣告、使用教育材料、參加討論會或上課的興趣程度。此外，作為這種游戲的人工智能的部分，對于出現的事件的注意力指標會受監測，以便能根據特定的使用者或使用者的“類型”對未來出現的事件加以改變。
附圖簡介結合下述附圖參照后面的描述將會更好的理解本發明，在這些附圖中相同的數字是指相同的部件，其中
圖1是按照本發明所述的發帶的透視圖，它示出了與單一處理單元的連接；圖2是安裝在圖1所示發帶上的第一傳感器的側視剖面圖，它是沿圖1中的剖線2-2剖開的；圖3是圖2所示的第一傳感器的前視剖面圖，它是沿圖2的剖線3-3剖開的；圖4是戴在使用者頭上并與計算機程序如視頻游戲或教育娛樂系統有工作關聯的圖1所示發帶的側視圖；圖5是表示注意力指標信號如何能用來影響操縱桿和鼠標輸入的流程圖；圖6是表示注意力指標的考查目標如何被取樣和被記錄的流程圖；圖7是表示與一事件相應的注意力指標如何能被監測和如何能與其它事件的注意力指標比較，并因此被用來改變未來的事件類型的可能性的流程圖；圖8是表示一使用了兩個第一傳感器和兩個第二傳感器而并沒有電連接的頭戴耳機的簡化圖。
優選實施例描述參考圖1，按照本發明優選實施例的用來檢測由個人軀體例如個人的頭部發出的信號的發帶10，包括一彈性帶狀構件12，一額葉(或前額)傳感器單元24和一對耳部傳感器單元20，22(傳感器單元20是以虛線畫出的)。如下面所述，該額葉傳感器單元24是被Lexel牢固地連接在此帶狀構件12的內側表面13上。如下面所述，該耳部傳感器單元20，22被牢固地連接在此帶狀構件12的內側表面13上。另外，該額葉傳感器單元24(如圖中所示)和耳部傳感器單元20，22都可被可拆卸地連接在帶狀構件12上，例如用鉤環型固定件14來連接。這種帶狀構件12是用任一適合的能縱向伸縮的彈性編織材料構造的。
該額葉傳感器單元24和耳部傳感器單元20，22與一接口單元30處于電協同連接，以便該接口單元30從上述額葉傳感器單元24接收“活動”信號(“active”signal)(額葉腦電波信號)，從第一耳部傳感器單元20接收一“背景”信號，和從第二耳部傳感器單元22接收一種“參考”信號。這些傳感器單元20，22，24都被三芯的屏蔽電纜45電連接到接口單元30上，其中的一根芯線44與額葉傳感器單元24電連接，其中的第二根芯線40與第一耳部傳感器單元20電連接，而其中的第三根芯線42與第二耳部傳感器單元22電連接。這些傳感器單元20，22，24通過和經由它們的相應芯線40，42，44協同合作以便向接口單元30提供一原始信號，它代表一種正從個人頭部發出的未經濾波、未經處理的腦電圖(“EEG”)信號，如后面所述上述發帶就固定在該頭部。另外，上述參考信號可通過將此來自傳感器20，22的信號短路“連接”或“合并”來獲得；背景信號可從使用者的頭皮或軀體的任何其它部位通過任何連接件獲取。用與計算機系統90正確連接所需要類型的電纜80，按照所采用連接的特定類型，如通過連接到計算機串口、并口或輔助操縱桿口或者類似的輸入，將該接口單元30與計算機系統90(圖4)電連接起來，采用那種入口視具體系統而定。值得注意力的是，象在整個本申請包括權利要求書中所使用的那樣，術語“計算機”是一個廣泛而一般的術語，可用于任何接收輸入信號和執行計算機程序的系統。“計算機”包括所有種類的普通“PC”，它包括膝上型計算機、臺式計算機、便攜式計算機或手提式計算機、它們都能運行多個單一功能程序、游戲廳的視頻游戲、家用視頻游戲(home console video game)，或由Sega和Nintendo之類廠商生產的手持游戲，虛擬現實的游戲和人工智能系統。而且，“計算機”也可能是指多臺計算機。例如，兩個擁有個人計算機的用戶可以直接或通過互聯網把計算機連接起來。每臺個人計算機都可向這些計算機之一提供那個人的注意力指標，然后該計算機之一就可利用此指標來改變呈現給那一個人或兩個人的事件。再者，“計算機”還可以包括一種具有記錄或存儲信息和／或事件的功能的裝置。
另外參看圖2，前額傳感器單元24包括一塊基本是圓柱形的海綿26，其一端27為楔形，該楔形端是從其外周21沿著由該楔形確定的基本平直的上下表面到基本平直的邊刃。該海綿26的楔形端27涂敷有一層使用戶感覺舒適的電絕緣的、很柔軟的、不滲液的材料50，例如Lexel。該楔形可減小頭帶10的“翻滾”從而不好與用戶連接的趨向。將上述額葉傳感器單元24牢固地附著在帶狀構件12的內表面13上，其方法包括，第一次用不滲液材料50如Lexel涂敷相應海綿的一端，當這不滲液材料50干燥后，再用此不滲液材料50第二次涂敷海綿的這一端，并將相應海綿的這一端附著在帶狀構件12的內表面13上并使該不滲液材料50干燥。將該端27的基本平直的上表面和下表面中不論那一個，最好是將兩者，牢固地附著在內表面13上。在此不滲液材料干燥的同時應向海綿施加足夠的壓力，以使該帶狀構件12的編織纖維植入該硬化的不滲液材料50中。另外，可通過例如鉤環型固定件14將上述額葉傳感器單元24可拆卸地附著在該帶狀構件12的內表面13上，而上述鉤環型固定件14可由Lexel粘結在表面50和13上。
該耳部傳感器單元20，22各自都包括一基本上是圓柱或楔形的其上涂敷有不滲液材料50的海綿。將此耳部傳感器單元20，22牢固地附著在該帶狀構件12的內表面13上，其方法包括，首先用不滲液材料50涂敷相應海綿的一端，當這不滲液材料50干燥后，再用該不滲液材料50第二次涂敷該海綿的這一端，并將相應海綿的這一端附著在帶狀構件12的內表面13上，并使此不滲液材料50干燥。在此不滲液材料干燥的同時應向海綿施加足夠的壓力，以使該帶狀構件12的編織纖維植入該硬化的不滲液材料50中。耳部傳感器單元20，22的構造與前額傳感器單元24在所有其它方面都是相似的，因而就想將上述關于前額傳感器單元24的討論用作該耳部傳感器單元20，22的說明。這還包括對另一鉤環型固定件14的討論。
把這些傳感器固定在很靠近上述那些頭皮和耳部的必要測量點上的一種另外的方法的構成是通過將三個電極安裝在一耳機上，如在Cowan的共同未決的美國專利申請序列號08／590，405中詳細描述的那樣，在此引入作為參考。該額葉傳感器可安裝在柔性的金屬延伸件上，該延伸件被鉚接在上述耳機帶的頂部。兩個耳部傳感器可安裝在該頭戴受話器的耳機上。安裝固定可由Lexel或類似的化合物實現，可以用，也可不用鉤環固定件。
另外參看圖3，它提供有一在其外周21和中心部分之間的部分通過海綿26并朝向該海綿的縱向中心區的橫向切口28。該橫向切口28與一縱向切口29相溝通，該縱向切口是在該橫向切口28與該海綿26的一里面23之間，部分地通過海綿26，正對著其楔形端27。
上述的第二條芯線44伸進該橫向切口28，而且靠摩擦力固定在由縱向切口29限定的相對里面之間的海綿26中。套在第二芯線44內的一些導線46由芯線伸出，并在朝向海綿26的里面23的縱向切口29中被磨損和纏繞，足以通過導電溶液來與頭皮產生電連接。雖然EEG的電極可能與第二芯線44相連，但耐蝕的磨損的導線46例如不銹鋼制的導線，已經表明在檢測腦電波信號方面是很滿意的。這種不滲液材料50將第二芯線44粘結到海綿26上，由此可減小芯線44與海綿分離的趨向。
回頭再來參看圖1，這些芯線40，42，44從它們相應的傳感器單元20，22，24中伸出，經過帶狀構件12并從標有參考數18的單一位置穿出帶狀構件12。將電纜45的外皮剝去，以便能使這些芯線40，42，44在此帶狀構件中分岔。
參看圖4，一用戶60將該發帶10戴在他的頭62上，以便將額葉傳感器單元24牢牢地頂在用戶的前額64上，同時將耳部傳感器單元20，22頂在用戶耳朵66(只畫了一個)的相應上部位置上。最好將額葉傳感器單元20定位以便檢測來自AFz部位的信號，它大體是正好在發線之下的頭部中線上。但是，它可以被安置在由兩條線界定的區域內的很多覆蓋著額葉的部位上，這兩條線中的每一條都延伸在兩耳垂之間，一條通過鼻子的最淺部分(即鼻根)，而一條通過頭的最高的最中心部分(即頭頂)向前一英寸的點。在用戶將發帶10戴在他頭上之前，都要先將每個傳感器單元在導電溶液例如鹽水中浸泡并擠干幾次，或將少量的這種導電溶液澆注在這些傳感器單元20，22，24的各縱向切口29中。該導電溶液確保這些芯線40，42，44的磨損端部46與用戶的前額64之間的電連接。涂層50將該導電溶液保留在海綿26中，并防止該溶液的加快干燥，它同時也可保持用戶的最大舒適度。將這些芯線40，42，44連接到設置在接口單元30上的相應的插銷30a，32a，34a上，而此接口單元是由一條電纜80連接到計算機或視頻游戲系統90上，如上所述。另外，也可以使用帶有三根導線的單一連接器。
參看圖5，圖中表示一種方法，用來將如上所述由發帶10(圖1)檢測到的原始信號輸入100整合進計算機程序如視頻游戲程序500之中，其間，用戶對這些程序的操作可通過用頭帶輸入100補充現存的手動控制例如操縱桿輸入200和／或鼠標輸入300的方法來促進。在虛線的矩形框之內是該游戲程序的直接輸入子系統115。
在圖5中，來自120的腦電波分析輸入對象或注意力指標信號(或A指標)被用來影響操縱桿的開火按鈕、操縱桿的X軸、鼠標的左擊按鈕以及鼠標的X軸。為了實現這種影響，該腦電波增強的操縱桿對象(Brainwave Enhanced Joystick Object)230是操縱桿．開火按鈕=Int(操縱桿．開火按鈕*A指標)操縱桿．按鈕02=操縱桿．按鈕02操縱桿．按鈕03=操縱桿．按鈕03操縱桿．按鈕04=操縱桿．按鈕04操縱桿．按鈕05=操縱桿．按鈕05操縱桿．X軸=操縱桿．X軸+(0．1+A指標)操縱桿．Y軸=操縱桿．Y軸而且腦電波增強的鼠標對象330是
鼠標．鼠標左點擊=Int(鼠標左點擊*A指標)鼠標．鼠標右點擊=鼠標．鼠標右點擊鼠標．X軸=鼠標．X軸+(0．1+A指標)鼠標．Y軸=鼠標．Y軸這只是一例子，而且任一種輸入或一些輸入的任意組合都可能受該注意力指標的影響。
另外，或者此外，該注意力指標可用來直接修改程序變量。例如，隨著注意力的增強，可能使由游戲者產生的損害增大，也可使由游戲者產生的損壞減小。例如，在“中斷”一激光束時，注意力集中在某一水平的游戲者所引起的損害比注意力集中在一較低水平的游戲者所引起的損害小。而且，該游戲的積分值也可能增加或減小，這與注意力指標值有關。
由發帶10的傳感器20，22，24所檢測到的原始信號102被方框105內的接口單元30放大，數字化并濾波，以便提供一種頻率在0-40Hz之間的經過處理的信號108，然后將它的例如總功率或振幅值輸出到正在計算機上運行的腦電波分析程序(“BAP”)110中，其中該腦電波分析計算機可以是與主計算機例如視頻游戲系統90分開的，也可是它的一軟件子集或其它的子程序。通過對所有頻率在0-40Hz之間的處理信號108的總強度進行測量和處理，該BAP 110就可從上述被接收的處理信號108導出一特定的注意力程度112。當此經處理的信號108的總強度減小時，該專心、興趣和／或注意力集中的程度就增加。為了便于用戶了解他的注意力程度，可將此注意力指標在一希望的時段上進行平均。
相關的專注／興趣水平信號被稱為注意力指標信號。有意或無意的注意力都可影響該注意力指標(或A指標)。例如，該游戲者可通過強制或故意注意力來提高A指標。另外，這A指標也會只因對正玩的游戲施詭計而增大；由于游戲者對他這時正在做的事情變得有興趣，因而注意力較強地集中于這事情，也會引起A指標的無意增大。
可通過消除由于外部影響在里面引起的突然變化，例如由于眼睛或頭部的突然移動所引起的突然變化，可使BAP接收的原始信號102更加可靠。在方框105內的接口單元30可包括一數字濾波器，或任何等效的時間平均濾波裝置，以便消除信號強度上的突然增大或減小。
另外，該接口單元30也可向BAP 110提供一在1-40Hz的寬頻范圍內(例如在2-11Hz的范圍內)并介于任意兩值之間的處理信號108。這樣，這里所描述的方法就可集中在一具體的注意力類型上，然后它將被整合進游戲程序500。
該BAP 110產生一輸出即注意力指標112，在希望的范圍內(例如從0到10的范圍)它隨專心、興趣或注意力集中程度的增大而增大。該注意力指標可隨具體用戶的困難參數而改變，也可隨BAP 110進行的自動修改而改變，這就可通過將它與用戶的過去表現進行比較來調節它。
BAP的輸出112可通過一些數據傳輸協議(data transportprotocols)，例如所謂動態數據交換(“DDE”)協議，或所謂的對象鏈接與嵌入(“OLE”)協議輸出到游戲程序500的游戲程序直接輸入子系統(“GPDIS”)115中，它利用了帶有Microsoft商標的DirectX和直接輸入數據交換協議來接收和整合來自數字輸入裝置(如操縱桿200或鼠標300)的輸入信號，GPDIS則通過通常的裝置驅動分別獲取裝置驅動212和312。
更具體地說，如圖所示，該GPDIS 115被編程，以便對于每一輸入裝置來說都包括一腦電波增強的操縱桿對象230或腦電波增強的鼠標對象330。例如，在游戲程序500只要求從操縱桿輸入的地方，該GPDIS115就會產生一個與之相應的增強對象的情況230。類似地，在游戲程序500只要求從鼠標輸入的地方，該GPDIS 115就會產生一個與之相應的增強對象的情況330。在很多計算機程序如視頻游戲程序中，輸入可以要求來自不只一個操縱桿或鼠標；對于這種情形，該GPDIS 115就會產生很多與每一操縱桿或鼠標相對應的情況。在每種情形下，都可對這些對象進行組態和定制以便以希望的方式適當地增強輸入數據。
在從這些輸入裝置接收數據之后，GPDIS 115將把這輸入數據傳送給與它相應的腦電波增強對象。在這里這種數據將按預定的希望方式被修改，或者與BAP數據合并。在前面說明的例子中，按照對圖5的較早討論，該操縱桿的開火按鈕與X軸及鼠標的左擊健與X軸都會受影響。
作為一個例子，在一QUAKE之類的動作游戲中，人們可以進行直接與專心水平有關的向前移動。在本發明的一個例子中，如果游戲者已將操縱桿向前推并全神貫注，則他們就能很快運行通過游戲；而且如果不是全神貫注，則他們就會走得很慢。在這種情形中，該對象230就會形成由操縱桿輸入對象220獲得的操縱桿的X軸變量和注意力指標變量的乘積，此注意力變量已被增加了一個小的常數(如0．1)，以便在注意力分散時還能緩慢運動。如果游戲者一點也不想移動，它就應將此操縱桿的X軸變量設定在0上，從而就不會產生移動。但是，如果此操縱桿的X軸變量不設定在0上，更確切地說是設定在表示游戲者打算以一希望的速度移動的模擬數上，而且該注意力指標變量又是一相當高的數時(例如，直到10)，則該游戲者的游戲模塊(gamepiece)也會很快運行通過游戲。
作為另一個例子是，在QUAKE這同一游戲中，直接聯系他們的專注水平來增大游戲者武器的最大開火速度可能是可取的。由于這種直接輸入的改進，因而當這游戲者正全神貫注時，他們用他們的武器開火的速度就比在注意力分散時快得多得多。在這種情形下，對象230總被設定成注意力指標變量與操縱桿的開火按鈕變量的乘積。如果兩者之一或兩者都是0時，則武器就不會開火。但是，如果該操縱桿的開火按鈕變量是一個二進制的“1”，表示游戲者想要開火，而且注意力指標變量又是一個超過預先設定的閾值數時，則游戲者的武器就會頻頻開火。這種注意力指標的靈敏度和閾值可由用戶來規定和加以組態，和／或可由被軟件和硬件或兩者中任何一種驅動的算法來自動調整。
這種腦電波增強的鼠標對象330可以被按同樣方式組態，以便增強鼠標的輸入和來自注意力指標的輸入，從而在同一QUAKE游戲中達到同樣希望的效果。類似地，一種對象也可對于任何其它的輸入裝置例如頭部跟蹤器進行組態，所以圖5的這個例子并不會將發明范圍限制在影響操縱桿和／鼠標的輸入上。
因此，對于每一個別的輸入裝置都可限定許多的對象情況。具體參考上述發帶或耳機輸入112來說，當BAP 110表明用戶的注意力和／或松懈已達閾值水平時，該輸入對象的情況120就會記錄下來。
每個對象230，330從各輸入對象120，220，320取回數據，并按照該程序將這些數據組合起來。這樣，操縱桿和鼠標控制就被發帶的輸入100所補充。例如，游戲程序500通常可能需要用戶按壓設置在操縱桿上的一按鈕，以便執行計算機程序如視頻游戲中的某種動作。但是，通過將發帶輸入100與操縱桿輸入200組合起來，該GPDIS 115就可能使用戶用他獲得的預定注意力水平代替他用軀體按壓操縱桿的按鈕，同時還可保持該視頻游戲的其它控制特性。注意力指標112與來自操縱桿200和鼠標300的輸入數據整合，就允許用戶用腦電波輸入100替代或改變具體的一些控制而不需修改現有的計算機程序，如視頻游戲500。更具體地說，GPDIS 115將通過DirectX-Acquire指令420輸出該對象數據，它通過直接輸入裝置GetDeviceStatus和直接輸入裝置GetDeviceData的指令430從由對象230，330產生的一些情況來接收狀態和／或趨向數據。上文描述的這種過程是一連續的過程，其中，每個對象的當前情況都不斷被新的輸入值所更新。
另一種選擇是，對上述信號的濾波、數字化、取平均、處理以及整合，都可由硬連接的電子線路而不由如上文所述的軟件手段來完成，也可由軟件和硬件聯合處理的辦法來完成。另外，其它的游戲控制臺(gaming console)例如索尼游戲站、西佳薩杜恩(Sega Saturn)、超級任天堂64、300M2，Apple Pippin以及各種類型的游戲廳游戲(arcade game)都在本發明的范圍內。
圖6和圖7都表示該系統對人工智能的使用情況。圖6表示怎樣能監測注意力指標和記錄下游戲者的偏愛以便以后使用。例如，可以將游戲者的偏愛記錄下來并加以分析，以便隨后影響當前游戲，在下次玩時影響該游戲，或使游戲開發者回顧游戲者的偏愛并改進它，為將來的觀眾提高游戲的品質和趣味。例如，如果通過查看上述的記錄數據發現游戲的一部分的A指標比另一部分的A指標小很多，則設計者就可去掉游戲的這一部分。而且還可將此編程到游戲中。例如，如果可能取三條路徑，而路徑1的A指標又比路徑2和3的A指標小很多，則該游戲就可能改變，使得在將來就只有路徑2和3提供給這個游戲者或其它未來的游戲者們。
圖6詳細描述了怎樣將前面獲得的注意力指標112與當前的事件類型聯系起來記錄[用取樣號(Sample Number)]并列表于該計算機程序或視頻游戲中。隨后再重新計算每種事件類型的注意力指標平均值。
同樣地，為了評價使用者在具體經歷電影、廣告、教育以及其它計算機程序時的興趣水平，可聯系上述經歷呈現給使用者時經歷的時間代碼來對注意力指標112進行記錄和列表。在向一群使用者展示這些經歷之后，就可用任一已知的方法對每種經歷的注意力指標進行平均和統計分析。
就圖6的具體例子來說，該注意力指標的考察對象是在虛線的矩形框中，而且那些流程圖的箭頭提供流程的方向。在左上角的標號為1的程序塊的功能是從游戲獲得事件類型，設定樣本(Samp)=上一次記錄號。標號為2的程序塊的功能是從注意力指標獲得當前的興趣水平。標號為3的程序塊的功能是判斷樣本=0？，如果是，就轉到標號為5的程序塊，它的功能是產生一新的數據庫記錄表并設置為當前。如果不是，則轉到標號為4的程序塊，其功能是將類型和注意力指標值添加到下一入口。標號為6的程序塊的功能是判斷樣本=0？，如果是，就轉到標號為7的程序塊，其功能是樣本=樣本+1。如果不是，則轉到標號為8的程序塊，其功能是計算注意力指標的平均值(對于事件類型)并記錄保存。標號為10的程序塊的功能是從游戲核查當前的事件類型(CTE)。標號為9的程序塊的功能是判斷CTE與上一事件是相同的嗎？如果是，轉到先前介紹過的標號為7的程序塊。如果不是，則轉到標號為11的程序塊，其功能是樣本=0。
圖7表示如何才能改進該游戲以適合個別游戲者的口味或適合一定的游戲者群落的口味。例如，如果在一游戲中一具體的游戲者提出選擇武器，而且對弓和箭已表現出的興趣典型地大于對火箭筒的興趣，則可改變游戲的軍火庫和彈藥的位置，以便提供弓的類型比軍火庫的火箭筒多，箭的選擇也比彈藥位置上的炮彈多。
作為另一個例子，在一足球游戲中，游戲者面前可能出現一些傳球或奔跑的機會，而且對這兩種選擇的每一種來說，由他的由注意力指標所定量的興趣水平都可進行平均。然后在相繼的游戲中，那種產生較高平均注意力指標的事件類型就可能較為頻繁的呈現給該游戲者。這種呈現給那個人或另一個人可以通過任何手段，例如用聽覺，視覺，觸覺、嗅覺、味覺手段，或其它手段來實現。
就圖7的具體例子來看，這類事件的決定對象是在虛線矩形框中，而且該流程圖的箭頭提供流程的方向。在左上角的標號為1的程序塊的功能是獲取所選事件類型的記錄號。標號為2的程序塊的功能是判斷記錄號是大于10嗎？如果是，就轉到標號為4的程序塊，其功能是從所選事件類型的上一記錄獲取平均值。如果不是，就轉到標號為3的程序塊，其功能是將選擇的概率增加一差數“m”。標號為5的程序塊的功能是將平均值與其它可能類型進行比較。標號為6的程序塊的功能是判斷平均值比所有其它的都大嗎？如果是，就轉到先前描述過的程序塊3。如果不是，就轉到標號為7的程序塊，其功能是將選擇的概率減小一差數“m”。
最后，盡管已將本發明描述為利用一第一傳感器來測量額葉腦電波信號并利用一第二傳感器來測量參考信號，然后從該額葉腦電波信號減去該參考信號以產生差值信號，然而也可以使用任何數量的第一和第二傳感器。例如，可將兩個第一傳感器安放在發線附近并在通過佩帶者鼻子的垂線兩側等距離的位置上。可以使用兩個第二傳感器，占據各耳垂的位置。于是，可以把來自兩第一傳感器的信號進行數學組合和把來自兩第二傳感器的信號進行數學組合，以便分別產生一合成的額葉信號和一合成的參考信號。然后將這兩合成信號相減并象以前那樣進行處理。在權利要求書中都使用代表額葉腦電波信號和代表參考信號的術語。如果只使用一個第一傳感器和一個第二傳感器，則所代表的信號就是由第一和第二傳感器獲得的那些。如果使用了不只一個第一和第二傳感器，則所代表的信號就是合成的額葉信號和合成的參考信號。
作為怎樣才能實現這一點的例子，在圖8中畫出了一個簡化的耳機圖像，象先前描述的那樣，沒有畫出電連接，而且與Cowan的08／590，405號申請有關。這種耳機包括兩個包含在額葉傳感器單元24中的第一額葉傳感器，每一個都附著在一柔性的可調的金屬延伸件上。該金屬延伸件被附著在耳機帶上。最好是通過一鉤環型材料將此傳感器單元24可拆卸地連在上述延伸件上，以便對于不同的佩帶者來說都可對這傳感單元24進行調整。這種可拆卸的連接也有利于將傳感器單元內的海綿浸濕。這種耳機還包括有兩個包含在傳感器單元22內的第二傳感器，它們中的每一個都安置在一耳墊中。
雖然本發明以通過一些詳細闡述的具體實施例作了描述，但應明白，這僅是些例證，本發明不必受限于此，因為在這里并沒有詳細描述另外的實施例，其對于本領域的技術人員根據本公開將會成為顯而易見的事。因此，預計可做的改進既不會偏離上述的本發明精神也不會偏離上述的本發明范圍。
權利要求
1．一種用來檢測個人注意力集中程度的方法，它包括下述步驟a．從至少一個與所說個人的額葉處于電連接關系的第一傳感器獲取一具有代表性的額葉腦電波信號；b．從至少一個與一較為電中性的位置處于電連接關系的第二傳感器獲取一具有代表性的參考信號；c．從上述具有代表性的額葉腦電波信號減去上述具有代表性的參考信號以便產生一差值額葉腦電波信號，并對該差值額葉腦電波信號進行處理以便產生一表示上述個人的注意力集中程度的A指標信號，這里所謂的A指標信號與上述差值額葉腦電波信號的振幅量度的任何數學變換成反比；d．將上述A指標信號輸入一裝置；以及e．按照需要，重復步驟a-d。
2．按照權利要求1所述的方法，其特征在于上述的至少一個第一傳感器可在由兩條線界定的區域內獲取上述額葉腦電波信號，這兩條線的每一條都延伸在上述個人的兩耳垂之間，一條通過這個人鼻子被稱為鼻根的最淺部分，而另一條線通過這個人頭部的最高的最中心部分(即頭頂)向前一英寸的點。
3．按照權利要求2所述的方法，其特征在于上述至少一個第一傳感器可在一平分線兩側兩英寸之內的位置上測量上述額葉腦電波信號，這條平分線橫穿上述兩條線并將上述區域分成相等的兩塊。
4．按照權利要求3所述的方法，其特征在于上述至少一個第二傳感器可從至少一個所說個人的耳垂獲取上述具有代表性的參考信號。
5．按照權利要求1所述的方法，其特征在于上述的A指標信號代表在低頻波段上的上述差值額葉腦電波信號的總振幅水平。
6．按照權利要求5所述的方法，其特征在于所說的低頻波段局限于不大于40Hz的頻率。
7．按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的A指標信號代表在低頻波段上的上述差值額葉腦電波信號的總功率水平。
8．按照權利要求7所述的方法，其特征在于所說的低頻波段局限于不大于40Hz的頻率。
9．按照權利要求1所述的方法，其特征在于處理上述差值額葉腦電波信號的步驟包括剔除眼睛移動和其它的假象。
10．按照權利要求1所述的方法，其特征在于上述裝置是一計算機，而且輸進計算機中的上述A指標信號可被正在這計算機上運行的程序使用，以便給上述個人提供上述個人注意力集中程度的指示。
11．按照權利要求1所述的方法，其特征在于上述裝置是一計算機，而且輸進計算機中的上述A指標信號可被正在這計算機上運行的程序使用，以便影響該程序的執行。
12．按照權利要求11所述的方法，其特征在于上述裝置至少接收一個其它的輸入信號，而且上述A指標信號可對上述至少一個其它的輸入信號的影響進行補充。
13．按照權利要求12所述的方法，其特征在于上述裝置至少接收一個額外的輸入信號，而且上述A指標信號不對上述至少一個額外的輸入信號的影響進行補充。
14．按照權利要求11所述的方法，其特征在于上述程序所使用的A指標信號可影響呈現在上述個人眼前的事物。
15．按照權利要求11所述的方法，其特征在于上述程序所使用的A指標信號可影響呈現在另一個人眼前的事物。
16．按照權利要求11所述的方法，其特征在于上述程序所使用的A指標信號可影響呈現在上述個人眼前的事物。
17．按照權利要求11所述的方法，其特征在于它還包括將上述個人劃歸進一所選個人類別之中，并利用來自先前處于上述所選類別中的個人的A指標信號來影響呈現在上述個人眼前的事物的步驟。
18．按照權利要求1所述的方法，其特征在于上述裝置起著記錄儀的作用，而且上述A指標信號被記錄下來，并將它與至少一個事件關聯起來。
19．按照權利要求18所述的方法，其特征在于將來自幾個人的上述A指標信號同時記錄下來，并把它與至少一個事件關聯起來。
20．按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的至少一個第一傳感器包含多于一個的第一傳感器，而且上述具有代表性的額葉腦電波信號乃是多個額葉腦電波信號的組合，并且上述多個腦電波信號中的每一個都是從至少一個第一傳感器中的不同的傳感器獲得的。
21．按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的至少一個的第二傳感器包含多于一個的第二傳感器，而且上述具有代表性的參考信號乃是多個參考信號的組合，并且上述多個參考信號中的每一個都是從至少一個第二傳感器中的不同的傳感器獲得的。
22．按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的第一傳感器是安裝在上述個人頭部可接收的一個軟性的支持體上。
23．按照權利要求22所述的方法，其特征在于所說的軟性支持體進一步包括a．一可施加壓力的軟性的帶狀構件，用來使上述至少一個第一傳感器與上述個人的頭部保持電連接的關系；b．一第一傳感器單元，它附著在上述軟性帶狀構件上，所說的第一傳感器單元包括一安置上述第一傳感器的第一海綿體；c．上述第一傳感器被這樣隔開，使得當把該軟性支持體安置于上述個人頭上時，上述第一傳感器將處在可獲取上述具有代表性的額葉腦電波信號的第一位置上。
24．按照權利要求23所述的方法，其特征在于所說的第一海綿體具有一包含有三角形部分和矩形部分的梯形橫切面，該三角形部分與上述軟性的帶狀構件相銜接。
25．按照權利要求23所述的方法，其特征在于上述第一海綿體部分地被軟性電絕緣膠性化合物所覆蓋，因此產生一貯液池。
26．按照權利要求25所述的方法，其特征在于所說的膠性化合物被用來將該第一傳感器單元粘結在該軟性帶狀構件上。
27．按照權利要求25所述的方法，其特征在于一鉤環型固定件被用來將該第一傳感器單元固定在該軟性帶狀構件上。
28．按照權利要求23所述的方法，其特征在于所說的軟性帶狀構件是一彈性帶狀構件。
29．按照權利要求22所述的方法，其特征在于所說的軟性支持體是一耳機，它帶有至少一個附著其上的軟金屬制成的延伸件，所述至少一個延伸件具有一附著其上的第一傳感器單元，該第一傳感器單元包括所說的第一傳感器；所述第一傳感器被這樣隔開，使得當把該耳機戴在個人頭上時，所述第一傳感器將處在可測量額葉腦電波信號的第一位置上。
30．按照權利要求29所述的方法，其特征在于所說的耳機包括至少一個耳罩，這至少一個耳罩裝載一第二傳感器單元，該第二傳感器單元又包括至少一個第二傳感器。
31．一種利用腦電波信號來影響正在計算機上運行的程序的方法，它包括下述步驟a．提供一傳感器來測量腦電波信號；b．用上述傳感器測量上述腦電波信號，并對該腦電波信號進行處理以便產生一經過處理的信號；c．將該處理過的信號輸入到上述計算機，這里，上述計算機從至少一個其它的輸入裝置接收至少一個其它的輸入信號，而且該經處理的信號可改變上述至少一個其它輸入信號的影響；以及d．按照需要，重復步驟b和c。
32．一種利用腦電波信號來影響正在計算機上運行的程序的方法，它包括下述步驟a．提供一傳感器來測量腦電波信號；b．用上述傳感器測量上述腦電波信號，并對該腦電波信號進行處理以便產生一經過處理的信號；以及c．將該處理過的信號輸入到上述計算機，并利用該經處理的信號來修改驅動上述程序的邏輯。
全文摘要
一種檢測個人的注意力集中程度用的方法,它包括下述步驟:從至少一個與個人的額葉保持電連接關系的第一傳感器(24)獲取有代表性的額葉腦電波信號;從至少一個與較為電中性的位置保持電連接關系的第二傳感器(22)獲取有代表性的參考信號;從上述有代表性的額葉腦電波信號中減去上述有代表性的參考信號以產生一差值額葉腦電波信號,并對此差值額葉腦電波信號進行處理,以便產生表示個人注意力集中程度的注意力指標信號,其中該注意力指標信號與差值額葉腦電波信號的振幅量度的任何數學變算成反比;將此注意力指標信號輸入一裝置;以及按照要求重復這些步驟。上述數學變換可能涉及其振幅、功率或任何方面的線性的、對數的或指數的變換。
文檔編號A63F13/00GK1293551SQ99804097
公開日2001年5月2日 申請日期1999年2月17日 優先權日1998年2月19日
發明者喬納森·D·科萬, 安德魯·J·普雷爾 申請人:曼德維福斯有限公司