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基于运动想象和alpha波的脑机接口及虚拟漫游系统

发布时间:2020-02-24 07:33
【摘要】:脑机接口是人工搭建的代替一般神经-肌肉通路的路径,大脑通过这条人工路径实现外部机械设备控制的系统。根据应用于脑机接口信号的不同,脑机接口可以分为植入式和非植入式脑机接口,其中基于运动想象的脑机接口因其无创性和直观性,成为比较容易被被试接受的非植入式脑机接口。基于运动想象的脑机接口技术的研究在离线分析方面,可分类别已经达到四类。但是对于在线研究,大多数成果主要集中在两方向控制,多方向控制方面的研究仍然存在着:可分辨维度低、在线性能差、对被试依赖性高的难点。本研究就是针对这几个难点展开工作,期望建立一种能够改善这些难点的在线系统,并提出了如下两种在线实验方案。 第一种方案直接进行多类信号的区分来实现多方向的控制。主要是通过区分左、右手,脚,静息四种运动想象控制在虚拟房屋中的左转,右转,前行,停止。把被试的多种运动想象信号(脚,左手,右手,静息)直接作为脑机接口输入,相应的控制命令(前行,左转,右转,静止)作为脑机接口的输出,从而建立一种直接多分类的多方向控制系统。但是通过离线分析和在线实验的验证,最后平均准确率约为25%,分类准确率跟随机是差不多,无法可靠地区分多种运动意向。于是在这个方案基础上本研究又提出了第二种方案:基于运动想象和alpha波的多维度的控制。这个方案将闭眼alpha波信号作为状态转换的开关,alpha幅值增加超过一定阈值就会对前后控制,左右控制进行转换选择。被试听到选择成功的声音后睁眼利用运动想象进行相应方向控制。这样在每个状态都只需左右手运动想象,整体上就可实现在虚拟房屋进行前后或者左右运动控制。这种方法最大的意义在于可以用较少种类的信号控制较多维度的运动,实现了多维度控制的脑机接口。这种实验范式下被试不需要长期训练,本研究中就有三名完全没有运动想象实验经验的人,在第一次实验中就基本能实现虚拟房屋中漫游任务,平均正确率达到77.64%,最好的平均正确率88%,相信稍加训练就可达到更好的效果,五名被试中,最好正确率达到93.25%。所以本系统也提高了脑机接口的在线性能和普适性,降低了对被试的依赖性。这样本研究就基于闭眼alpha波和运动想象建立了一个稳定、被试依赖性低、多方向控制的脑机接口及虚拟漫游系统。并在增加可控方向,提高在线性能,降低了对被试的依赖性方面做出了一定的努力。
【图文】:

康复工程,计算机信息技术,采集方法,信号特征


从而找到代表性的信号特征,分析其携带的人的思维信息,对人的思维目的进行推断,得到结论后通过产生相应的调节和控制信号从而完成相应的调节或者任务,实现与外界进行交流的任务降,〕,如图1.1所示。至今为止,人类对脑机接口的研究已持续几十年了。20世纪90年代中期以来,随着计算机信息技术的发展,脑机接口的研究也得到了迅速的发展。现在很多脑机接口的研究也与康复工程等合作,在便利了病人的生活的同时也促进了病人的康复。相信在未来几十年,脑机接口会有更好的发展。计算机,自一一一--一-一--一》(---一~~----一.圃图1.1脑机接口LZ脑机接口的分类根据采集信号的有创和无创性,脑机接口可以分为植入式脑机接口和非植入式脑机接口。目前在科研领域较为主流的采集方法主要有四种:其中可以植入式脑机接口的信号采集方式主要有有创的

脑电信号


浙江大学硕士学位论文第1章绪论这四种信号是由采集脑电信号的电极深度的不同来定义的,如图1.2所示,表示在各个深度所对应的信号。EEG采集的是头皮脑电,电极位于大脑头皮,无创;ECOG的电极置于皮层表面的;LFPs和单神经元电位的信号的采集位于皮层之下,属于有创的信号采集方式。大脑头皮脑电叮:介-—大脑皮层脑电局部场电位锋电位印议e图1.2各种脑电信号1.2.1植入式脑机接口植入式脑机接口最主要的特点就是植入性,也就是有创的,它需要将电极植入到大脑中,植入式脑机接口的研究可以追溯到上世纪90年代末,,1999年Chapin等人用人工神经网络算法将大鼠运动皮层神经集群电信号转换为水泵的控制指令,并首次实现了大脑对外部设备的直接控制[6]。近年来
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP334.7

【引证文献】

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1 赵丽;郭旭宏;耿丽清;;多类运动想象脑电信号的处理研究[J];中国生物医学工程学报;2013年05期



本文编号:2582390

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