融合脑机接口与虚拟现实的空间认知训练与评估系统研究

发布时间：2021-06-06 07:44

　　空间认知是当前国内外认知科学领域的研究热点,并取得了系列成果,但是专门对空间认知进行训练与评估的研究较少。主要原因在于其科学的训练评估系统难以构建,训练效果量化简单,并且对训练效果的评估受观察人员的主观因素影响较大。因此本文从科学有效的空间认知训练评估系统设计、基于该系统的训练评估效果定量分析两个方面进行了深入研究。首先,本研究构建了一套将脑机接口与虚拟现实技术进行融合的空间认知训练与评估系统。该系统借助虚拟环境下的空间认知任务对受试者进行训练与测试,并同步采集脑电信号,记录受试者的行为数据。采用离线分析的方式对训练前后行为数据的时间、路程等多个指标进行统计分析;借助格兰杰因果分析、排序条件互信息方法分别对脑电信号进行特征提取与分类,以便客观、定量地评估训练的效果。其次,针对传统脑电信号分析方法容易忽略通道之间相对位置信息的问题,本研究提出基于多维排序条件互信息-多光谱图像的空间认知能力评估脑电信号分析方法。该方法充分考虑脑电信号耦合特征的空间属性,将多频段组合下的耦合特征进行多光谱图像转化,并借助卷积神经网络对这些图像数据进行分类,从而有效地评估训练前后空间认知能力的变化。最后,本研... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

国际10-20标准导联系统

动作相应的时刻，定位到此时刻该参与者的脑电信号，以此时者空间认知能力在生理信号上的表现，从而更具有针对性的由于 BCI 系统以高采样率进行脑电信号采集，数据量较大，分脑电信号数据的方式，可以降低数据分析期间的计算量。台与功能结构合方法的空间认知训练系统是由软硬件组合而成的系统，其BCI 脑电采集设备、HTC Vive Focus 头戴显示器、控制手柄 3-1 所示。OpenBCI 设备用于实时采集受试者在参与实验过备采样率为 125Hz，电极阻抗为小于 10kQ 的湿电极，采集 通过 OpenBCI 的 USB 加密狗与计算机进行无线通信。HTCVi呈现虚拟任务场景。该设备为便携式一体机，搭载 Android6率为 2880*1600，刷新频率为 75Hz，内置无线网卡，通过外交互。HTC Vive Focus

算机；计算机端采用多线程技术同步接收脑电信号与行为数据；之后进行空间认知离线评估。具体而言，计算机首先将串口缓存区接收到的脑电信号通过 LSL 协议转发输出至局域网。TCP 客户端将缓存区接收到的行为数据帧按规则进行协议解析，将解析得到的动作标记数据通过 LSL 协议转发输出至局域网，将位置坐标数据添加时间戳存储至磁盘。LSL 协议客户端同步接收脑电信号与动作标记，使两者时间对齐，并存储至磁盘。空间认知评估分别从脑电信号特征与路径信息两方面进行定量分析。脑电信号串口转 LSL协议输出数据帧解析动作标记LSL协议输出带动作标记的混合脑电数据行为数据带时间戳的位置坐标数据蓝牙接口Unity 网络接口(3)数据同步获取脑电特征分类 路径信息统计(4)空间认知能力评估

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3213925