多模态脑机系统实现技术

发布时间：2020-05-04 20:45

【摘要】： 脑机接口技术发展至今,已经实现了简单的非行为化的人机交互,但由于脑电信号本身的低信噪比和时变性,现有信号处理算法对于实现在线应用显得力不从心,这成为制约基于脑机接口技术的人机一体化系统发展的瓶颈。我们意识到,单一的大脑状态测量技术(EEG)对于实现高效的脑机一体化系统是很困难的,多模态测量融合技术是一个必然趋势。本文基于上述想法,申请了国防科技大学基础研究项目“运动协调控制的脑机制—基于多模态测量融合技术的一体化人机系统研究”,在该项目支持下,对一体化人机系统中的三种关键技术—脑电图、肌电图和功能磁共振技术进行了研究和探讨,掌握了几种信号各自的时频特点、分辨率和信噪比等特征。在分析了当前脑机接口技术的进展情况,并研究了世界范围内的典型脑机接口系统后,提出了一个新的实验范式—基于脑电的控制实验,该范式克服了其他范式中人仅作为信号源存在而不能更多地参与实验的缺点,使人优异的平衡调节能力和自适应能力在实验中有了充分体现。在该范式基础上,建立了虚拟倒摆控制系统,不仅可以用于脑机接口实验,还可以将肌电反馈技术嵌入其中,是一个很好的脑电图/肌电图融合技术实验平台。基于上述实验平台,在进行脑电数据采集和分析之外,还设计了三组肌电实验,对采集到的实验数据进行分析后,认为肌电干扰小、易采集、便于实时处理,将其用于人机一体化系统中,将有利于提高系统性能。此外,还对脑电图/功能磁共振图像的信息融合技术进行了初步探索,认为综合脑电图的时域优势和磁共振图像的空域优势,以磁共振图像精确空间定位能力引导脑电图激活源的判断将是解决脑电图逆问题的好方法,这为研究运动协调控制脑机制提供了很好的工具,也为人机一体化研究奠定了理论基础。
【图文】：

导联,电极,方式,点间距

国际脑电记录系统。该系统中，从鼻根至枕骨隆突的连线称为中线，沿中线从前往后标志5个点—FPI、FZ、CZ、PZ和01，，FPI之前与01之后各占中线全长的10%，其余点间距各占20%(如图2.1中A所示);两外耳道之间的连线称为冠状线，从左至右标识5个点—T3、C3、CZ、C4和T4，T3与T4外侧各占10%，其余点间距各占20%(如图2.1中B所示)。CZ是中线与冠状线的交点，因而常作为基准点。图2.1标准10一20电极导联方式第6页

极帽,电极位置

国防科学技术大学研究生院学位论文现在常用的64导(如图2.2所示)、128导或256导电极帽也是根据10一20系统扩展而成的。我们BCI实验小组所采用的是德国 BrainProduets公司生产的 64ChannelEBAto SynAmpsPin一Outs设备。为便于对电极进行迅速定位，中线左侧的电极编号均为奇数，中线右侧的电极编号均为偶数，中线上的电极编号均带有字母Z。脑电信号由固定在电极帽上的64个电极采集后，分为两组(每组犯个通道)，分别经放大器AMPI、AMPZ放大后导入数据适配器 USBZADAPTER，之后通过USB接口导入计算机。图2， 264导电极帽电极位置分布2.2.2典型脑电信号神经元放电产生的脑电信号频带较宽，主要分布在40Hz以下频带
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP334.7

【参考文献】