基于P300和SSVEP的高性能脑机接口及其应用研究

发布时间：2023-06-13 21:37

　　脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）能够提供一种非神经肌肉传导的通道，直接把从人头皮上采集到的脑电（Electroencephalography，EEG）信号转换成计算机或其他外部设备的控制指令，从而为运动功能障碍残疾人提供一种与外界交流或控制外部设备的方式。如何提高脑机接口的性能，是BCI研究领域的一个重要问题。而且还有很多潜在的应用，如轮椅和神经假肢的控制，严重意识障碍患者的意识状态评定等。本文的主要目标是研究更快速、更准确和更人性化的高性能脑机接口，并实现基于P300和SSVEP的高性能脑机接口在神经功能辅助和意识状态检测中的应用。 本文首先研究P300脑机接口的刺激范式。本文比较了单项显示（Single Display，SD）和基于区域（Region-based，RB）的P300刺激范式。12个受试者分别使用两种P300刺激范式的字符输入系统进行了一个字符输入实验。实验结果表明，RB字符输入系统相比SD字符输入系统获得更高的在线准确率。而在进一步的数据分析中，包括P300检测、ERP波形以及Fisher比率，P300电位在RB刺激范式中都得到了增...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究意义
    1.2 脑机接口的研究基础
        1.2.1 脑机接口系统的基本原理
        1.2.2 脑机接口的信号模式
        1.2.3 脑机接口的性能评价标准
    1.3 脑机接口的研究现状
    1.4 高性能脑机接口面临的问题与挑战
    1.5 本文的主要研究内容及章节安排
第二章 P300脑机接口刺激范式的比较研究
    2.1 引言
    2.2 方法
        2.2.1 单项显示刺激范式
        2.2.2 基于区域的刺激范式
        2.2.3 实验过程
        2.2.4 数据采集和处理
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 在线准确率
        2.3.2 离线准确率
        2.3.3 ERP波形
        2.3.4 P300检测性能和邻接字符的干扰
        2.3.5 工作负载评估
    2.4 本章小结
第三章 基于伪键的异步SSVEP脑开关
    3.1 引言
    3.2 方法
        3.2.1 脑电数据采集系统
        3.2.2 脑开关图形界面与控制机制
        3.2.3 基于伪键的异步算法
    3.3 实验与结果
        3.3.1 实验1：离线训练实验
        3.3.2 实验2：在线同步评估
        3.3.3 实验3：在线异步测试
    3.4 讨论
        3.4.1 性能的比较
        3.4.2 伪键的作用
        3.4.3 伪键的个数
    3.5 本章小结
第四章 基于P300和SSVEP的多模态脑机接口及其在轮椅控制中的应用
    4.1 引言
    4.2 方法
        4.2.1 数据采集系统
        4.2.2 多模态脑机接口范式
        4.2.3 基于P300和SSVEP的检测算法
    4.3 实验与结果
        4.3.1 实验1：ROC曲线计算
        4.3.2 实验2：在线性能评估
        4.3.3 实验3：实际轮椅控制的应用
    4.4 讨论
        4.4.1 检测算法中的两个条件
        4.4.2 异步性能分析
        4.4.3 脑控轮椅的停止键
    4.5 本章小结
第五章 多模态脑机接口在意识障碍患者中的研究与应用
    5.1 引言
    5.2 方法
        5.2.1 患者情况
        5.2.2 实验设计
        5.2.3 脑电信号采集
        5.2.4 脑电信号处理
    5.3 实验结果
        5.3.1 在线准确率
        5.3.2 离线分析
    5.4 讨论
        5.4.1 实验结果的讨论
        5.4.2 患者康复的情况
        5.4.3 意识存留的证据
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
附录
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见



本文编号：3833343