前庭电刺激所致运动感觉记录装置技术领域
本发明涉及航空医学工程研究领域，具体地说是记录人体在受到前庭电刺激时产
生旋转感的装置。
背景技术
空间定向障碍定义为飞行员无法感知到他的飞行器或他自身在三维空间中的位
置、运动或高度的情况。发生空间定向障碍时，如果处置不当，飞行员就很有可能失去对飞
行器的控制，进而造成机毁人亡的严重事故。目前研究认为，空间定向障碍的本质是人体的
空间定向器官无法满足空中三维空间的高速运动环境。因此，飞行员在飞行中不可避免会
发生空间定向障碍。
正常情况下，飞行员进行正确的空间定向是依赖于视觉系统、前庭系统和本体感
觉系统的感觉信息的输入，以及中枢神经系统的整合协调。当这些感觉系统中任何一个感
受器功能不正常，或者某些输入信息不恰当时，都将会因出现感觉冲突而影响定向能力，甚
至导致空间定向障碍的发生。
空间定向障碍按诱发因素可分为视觉性空间定向障碍和前庭性空间定向障碍，并
且前庭性错觉所致的前庭性空间定向障碍一般更为致命。前庭性错觉的主要来源之一是半
规管的错误感知。半规管在感受复杂空间运动时的局限性是导致其感觉信息不可靠，从而
产生错误感知的主要原因。因此，研究半规管的感知模式成为了目前的研究重点。
目前，前庭电刺激法被认为是研究半规管感知的重要方法。相比一般的运动刺激
研究方法，前庭电刺激法实验成本相对较低，实验实施较为简便，有着很大的实用性。然而，
使用前庭电刺激法时的一个重要问题是如何记录受试者的运动感觉。目前研究中常用的记
录方法是让受试者在实验中按照特定的规则口述自己感到的运动感。然而这种方法主要存
在两个缺陷：一个是受试者在口述自己感到的运动感时需要一段时间进行思考，将运动感
觉根据口述规则转换为语言，这便可能使受试者的汇报产生一定的延后，在数据记录的实
时性上存在缺陷；另一个是口述任务与感知运动任务之间的差别较大，导致受试者同时处
理这两项任务时会占用较多的认知资源，从而可能导致受试者对运动的感知出现偏差，削
弱了数据记录的准确性。
因此，在本领域迫切需要一种装置，其能够实现以下功能：
-对受试者施加前庭电刺激
-在受试者受到前庭电刺激时，能够比目前的口述方式更加实时准确记录受试者
感到的旋转感觉
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对受试者施加前庭电刺激，并可实现对受试者感到
的旋转感觉进行较高水平的实时准确记录的装置。
本发明中的装置包括：前庭电刺激装置，感觉记录手柄，测力台和控制计算机。
前庭电刺激装置包括头盔、电源、控制电路、导线、恒流电源和电极片等。该装置可
施加三种模式的刺激：对两侧耳后乳突进行电刺激，对两侧耳后乳突和前额进行刺激和对
两侧耳后乳突及左右太阳穴进行刺激，来改变被测者的前庭器官半规管的输入信号。电流
经输出端通过电极片与人的两侧乳突耦合，实现电流与人体的导通。前庭电刺激装置的控
制电路封装在头盔中，电极片由导线与控制电路连接，位于头盔外。
感觉记录手柄主要包括手柄摇杆、手柄基座和数据记录电路。手柄摇杆安装于手
柄基座上，可以进行左右推动、前后推动和顺时针或逆时针转动三种操作。这三种操作分别
对应受试者绕自身矢状轴、冠状轴和垂直轴的旋转感。数据记录电路安装于手柄基座中，可
实时记录手柄的运动情况。
测力台包括踏板，底座和四个三维测力传感器，四个三维测力传感器放在底座的
四个角，并支持踏板，用于获取被测者足部在踏板上的受力情况，并计算得到压力中心数
据，从而知晓被测者的身体运动情况。测力台主要用于测量人体在受到前庭电刺激时身体
的摆动情况。目前研究已证实人体会在受到前庭电刺激时会发生朝向阳极的相应运动。而
测力台可以探测到人体站立姿态下压力中心的实时变化情况，得到人体实时摆动的情况。
可将人体对前庭电刺激的感受情况与人体的摆动情况进行实时对比，探究人体感受与自身
运动的关系。
控制计算机与前庭电刺激装置、感觉记录手柄和测力台连接。通过控制计算机中
的特定软件可以设定前庭电刺激的模式、刺激电流类型、强度和刺激时间；同时，控制计算
机接收来自前庭电刺激装置的信号，可以实时显示前庭电刺激的模式和电流值。控制计算
机还可以接收来自受试者感觉记录装置的信号，可以实时显示受试者对手柄的三种操作的
操作幅度。控制计算机还可以接收测力台的信号，可以实时显示受试者自身压力中心的变
化情况。
本发明的有益效果如下：
本发明设计的前庭电刺激所致运动感觉记录装置可以对受试者的前庭半规管进
行有效刺激，并可通过操作手柄的方式记录受试者绕自身矢状轴、冠状轴和垂直轴的旋转
感。相对于口述任务，操作手柄运动任务与运动感知任务较为接近，可以使受试者更加实时
准确地表达自身所感到的旋转感觉。同时，该装置还可记录受试者身体的运动情况，便于将
受试者感受和受试者的自身运动情况进行对照研究。这便可以进一步提高前庭电刺激实验
的实验质量，助力空间定向障碍研究进行。
附图说明
图1为前庭电刺激所致运动感觉记录装置整体示意图
图2为感觉记录手柄示意图
图3为前庭电刺激装置示意图
附图标号说明
感觉记录手柄1，测力台2，前庭电刺激装置3，控制计算机4，手柄摇杆5，手柄底座
6，头盔7，恒流电源8，电极片9a、9b、9c、9d、9e，导线10
具体实施方式
根据本发明的一种实施方式，装置包括：感觉记录手柄1，测力台2，前庭电刺激装
置3，和控制计算机4。
前庭电刺激装置3包括头盔7、电源8、控制电路、导线、恒流电源和电极片等。该装
置可施加三种模式的刺激：对两侧耳后乳突进行电刺激，对两侧耳后乳突和前额进行刺激
和对两侧耳后乳突及左右太阳穴进行刺激，来改变被测者的前庭器官半规管的输入信号。
电流经输出端通过电极片与人的两侧乳突耦合，实现电流与人体的导通。前庭电刺激装置
的控制电路封装在头盔中，电极片由导线与控制电路连接，位于头盔外。
感觉记录手柄1主要包括手柄摇杆、手柄基座和数据记录电路。手柄摇杆安装于手
柄基座上，可以进行左右推动、前后推动和顺时针或逆时针转动三种操作。这三种操作分别
对应受试者绕自身矢状轴、冠状轴和垂直轴的旋转感。数据记录电路安装于手柄基座中，可
实时记录手柄的运动情况。
测力台2包括踏板，底座和四个三维测力传感器，四个三维测力传感器放在底座的
四个角，并支持踏板，用于获取被测者足部在踏板上的受力情况，并计算得到压力中心数
据，从而知晓被测者的身体运动情况，主要用于测量人体在受到前庭电刺激时身体的运动
情况。目前研究已证实人体会在受到前庭电刺激时会发生朝向阳极的相应运动。而测力台
可以探测到人体站立姿态下压力中心的实时变化情况，得到人体实时运动的情况。可将人
体对前庭电刺激的感受情况与人体的摆动情况进行实时对比，探究人体感受与自身运动的
关系。
控制计算机4与前庭电刺激装置3、感觉记录手柄1和测力台2连接。通过控制计算
机中的特定软件可以设定前庭电刺激的模式、刺激电流类型、强度和刺激时间；同时，控制
计算机接收来自前庭电刺激装置的信号，可以实时显示前庭电刺激的模式和电流值。控制
计算机还可以接收来自受试者感觉记录装置的信号，可以实时显示受试者对手柄的三种操
作的操作幅度。控制计算机还可以接收测力台的信号，可以实时显示受试者自身压力中心
的变化情况。
本装置可实施多种前庭电刺激，并记录受试者在受到前庭电刺激时所感到的旋转
感。在具体实施时，受试者头戴头盔，身体保持站立，站在测力台上方，右(左)手握住感觉记
录装置的摇杆。前庭电刺激装置3的电极片9d、9e分别贴于双侧耳后乳突处，9b、9c贴于双侧
太阳穴处，9a贴于前额处，并使其充分接触。
实验操作者控制计算机中相应软件设定前庭电刺激装置3的电流刺激参数和使用
电极片的情况。实验过程中，控制计算机4将按相关设置控制前庭电刺激装置3的电刺激模
式和刺激电流模式，对受试者进行刺激，让受试者体验各种旋转感觉。
受试者根据自身的感觉转动手柄。当受试者感到绕自身矢状轴的逆时针旋转感
时，其将手柄向左进行推动，感到的旋转感越强烈，其推动幅度便越大，反之亦然；当受试者
感到绕自身矢状轴的顺时针旋转感时，其将手柄向右进行推动，感到的旋转感越强烈，其推
动幅度便越大，反之亦然。
当受试者感到绕自身冠状轴的向后旋转感时，其将手柄向后进行推动，感到的旋
转感越强烈，其推动幅度便越大，反之亦然；当受试者感到绕自身冠状轴的向前旋转感时，
其将手柄向前进行推动，感到的旋转感越强烈，其推动幅度便越大，反之亦然。
当受试者感到绕自身垂直轴的逆时针旋转感时，其将手柄进行逆时针转动。感到
的旋转感越强烈，其转动幅度便越大，反之亦然；当受试者感到绕自身垂直轴的顺时针旋转
感时，其将手柄进行顺时针转。感到的旋转感越强烈，其转动幅度便越大，反之亦然。
应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非限定性
的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种
改变、变形、和/或修正。