主动式便携脑机接口系统的关键技术研究

发布时间：2020-04-07 10:44

【摘要】： 脑机接口是一种连接大脑和外部设备的实时通信系统。头皮脑电是通过布置在头皮上的电极记录到的大脑的电活动,由于其具有无创、低成本、高时间分辨率的特点,被广泛应用于脑机接口领域。基于脑电的便携式设计方案能够进一步降低脑机接口系统的复杂度,从而增强其实用性,是当前脑机接口发展的热点方向。在主动式脑机接口中,脑电信号的响应主要来自于受试者的主观意愿,降低了对外界刺激的依赖性,提升了脑电特征的信噪比,因此更加适合于在便携系统中应用。基于想象运动的脑机接口的原理是不同想象任务对脑电节律信号的调制。针对节律信号的能量和相位特征,论文通过对不同节律信号混叠效果的分析,解释了虚假同步化现象的原因,以及事件相关去同步化与皮层间相位同步化的关系。在此基础上,我们提出了针对便携式想象运动脑机接口的特征结合和分类器选择的方案,提高了在线系统的性能。减少电极数量是改善脑机接口系统便携化和实用化的关键因素。本论文提出一种通过寻找两个最优双极导联位置,将导联数目减少到四个的新方法。通过独立分量分析将原始信号进行分解,利用时域、空域和频域特征来判断alpha节律和mu节律的源成份。根据8名受试者实验结果,优化导联布局能够有效的提升分类效果,并在一周之内具有稳定性。在利用相位锁定ERP信号的听觉认知脑机接口范式下,目标刺激能够诱发更为稳定和明显的脑电响应。在该范式下,为了减少刺激重复次数,提高BCI通讯速度,我们引入了一种统计学方法将每个样本在SVM特征空间内的分类间隔转化为目标的后验概率,并使得算法自适应地决定刺激重复次数。通过对8名受试者的结果分析,这种自适应方法经4~6次重复即可获得与传统方法15次重复刺激相近的准确率,这表明自适应算法能够有效地提升便携听觉脑机接口的信息传输速率。在算法分析的基础上,本论文还开发了基于想象运动的便携脑机接口样机,在实际科技馆展示中经大量人群测试,性能稳定。
【图文】：

运动皮层,定位图,躯体

神经元功能的分布形成了有规则的图谱，如图 2.1 所示。按从顶叶侧颞叶的顺序，运动皮层依次出现代表腿、手、脸、舌头运动的体的想象运动与运动皮层中该肢体对应功能区的兴奋或抑制状态此想象运动的 ERD/ERS 分布将符合这种躯体运动的定位图。例如时，ERD 分布在两侧区域；而想象脚的运动时 ERD 的分布位于中央

界面图,运动视觉,导联,配置图

我们按照国际标准的 10-20 导联系统选择 32 个导联进行记录部分导联位于感觉运动皮层，以获得运动皮层更好的空间分辨率，导联分图 2.3(a)所示，灰色为放置的导联位置。图 2.3(b)展示了实际运行的程序界面试者的任务是通过进行不同类型的想象运动，，控制屏幕上的白色小球光标右端的指示进行移动。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP334.7

【共引文献】