基于脑机接口竞赛脑电数据集的运动想象识别影响因素分析

发布时间：2021-03-31 04:06

　　针对两个常用的脑机接口（brain computer interfacing,BCI）竞赛运动想象任务脑电数据集——2003Ⅲ和2005Ⅲa,分类识别率差异较大的问题,结合运动想象脑电信号的生理基础,从信号噪声、受试者反应程度和C3、C4通道信号能量差异三个方面对两个数据集的数据进行了分析比较。结果表明:与2005Ⅲa数据集相比,2003Ⅲ数据集信噪比较高,受试者对运动想象任务的反应更明显,并且C3C4通道的信号能量差异趋势更标准,解释了对2003Ⅲ数据集的识别率普遍高于2005Ⅲa数据集这一现象,说明这三个因素是影响识别率的主要因素。研究为运动想象脑电数据有效性分析以及提高基于脑电的运动想象识别率提供了新的思路。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(06)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

数据集2003 Ⅲ实验范式

2005年BCI竞赛数据集Ⅲa是四类(左手、右手、脚和舌头)运动想象脑电数据集。该实验共有三名受试者,分别被标记为k3b、k6b、l1b,其中k3b受试者每类进行90次试验;k6b和l1b受试者每类进行60次试验。每次试验采集的时长为7 s,实验过程如图2(a)所示,前2 s受试者处于静息状态,第3 s系统发出蜂鸣提示受试者准备,第4 s电脑屏幕上随机显示指向上、下、左、右的箭头,受试者开始根据箭头提示进行想象舌头、脚、左手或者右手运动持续4 s,每次试验之间休息3.24 s。该数据集的脑电数据由60个通道组成,电极位置如图2(b)所示。数据的采样频率为250 Hz,并经过1～50 Hz滤波。由于需要对两个数据集的数据进行对比评估,因此对2005 Ⅲa数据集只选取左右手(类别1和类别2)运动想象的数据。

两个数据集中的脑电信号在时域内是随机非平稳的,如图3所示。因此基于运动想象脑电信号的特点,即ERD/ERS现象,通过Stockwell变换(简称S变换)将时域信号转换到时频域内,得到信号在不同频率下的分量[12]。图4为图3中脑电信号经过S变换在时频域下的可视化特征图,图4中颜色亮的位置表示相应时间和频率的脑电信号的能量高,即ERS现象,反之,暗的地方能量低,即ERD现象[13]。由此,可以从时频图上直观地看到每次试验脑电信号对任务的反应程度。图4 时频域的运动想象脑电信号


本文编号：3110754