基于运动想象脑机接口的算法分析
发布时间：2021-06-23 10:14
21世纪被世界公认为是生物科学和脑科学的时代,对人脑高级认知功能的多学科、多层次的综合研究呈现指数增长的趋势。在全球性脑研究计划的推动下,我国提出了“脑科学与类脑研究”的战略部署以期在脑科学、脑疾病早期诊断与干预、类脑智能计算三个前沿领域取得国际领先的成果。脑电信号的科学研究是脑科学研究领域的重要组成部分,脑-机接口技术（Brain–Computer Interface,BCI）是用于人脑与计算机或其他电子设备之间的通信和控制系统,它不同于人脑通常所依赖的周围神经系统和肌肉组织进行信息传递,而是通过人类的头皮电位（即通常的脑电图信号）直接将信号传递到计算机进行信号识别并实现相应的控制。BCI技术因在医疗康复工程、自动控制系统以及军事领域具有重要的应用前景,从而成为近年来研究的热点。基于运动想象的BCI（Motor Imagery-based BCI system,MI-BCI）系统主要采用运动想象脑电信号作为信号输入,通过计算机进行信号处理,从而实现人脑与外部设备之间的通信和控制功能。因此MI-BCI系统能否快速有效地提取和识别与任务相关的脑电信号特征是当前研究人员面临的重大课题。随着...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
突触后神经元电位组成的脑电图（A~F代表锥体细胞）
山东师范大学硕士学位论文快波（50μV 以上）。③按图形的分类： 脑电图、β 脑电图、平坦脑图。事件相关同步和去同步发生肢体运动或想象运动时大脑皮层运动相关区域脑电特定频段的幅之为事件相关去同步化（Event Related Desynchronization, ERD）；当惰性状态下时，特定频段的幅度表现出波幅增高，这一现象称之为事ent Related Synchronization, ERS）。研究表明感觉运动皮层局部发生 ER皮层区域会伴随有 ERS 出现。人体大脑皮层运动体感区神经冲动的的特征，即当实际或想象左手运动时，ERD 现象将出现在大脑右侧皮反之亦然。如图 1-2 所示呈现了四种不同的运动想象任务对应激活区用这种脑电节律上的差异性来实现 MI-BCI 系统的设计。
该 研 究 使 用 了 德 国 Tuebingen 大 学 提 供 的 BCI 竞 赛 III 的 数 据 集 I（http://www.bbci.de/competition/iii/）。在实验期间，受试者进行左手小指或舌头的想象运动，如图 2-1 所示。通过使用 8×8 ECoG 铂电极网格获取脑电活动的时间序列并将该电极放置在对侧（右）运动皮质上，如图 2-2 所示，电极的排列序号如图 2-3 所示。所有信号记录的采样率为 1000Hz，放大后将记录的电位存储为微伏值。每次试验都包括想象舌头或手指运动，并记录 3 秒。为避免视觉诱发电位反映在数据中，记录间隔在视觉提示结束后 0.5 秒开始。实验范式如图 2-4 所示，描述了 MI 试验的记录过程，想象阶段持续 7 秒，从 ECoG 记录中提取了三秒钟的运动想象片段进行分析。训练数据由两部分组成：278 次试验中的大脑活动，通过格式[试验次数×电极通道×时间序列样本]存储在三维（3D）矩阵 X 中，并且将 278 个试验的标签存储为-1/1值的 Y 矩阵中。测试数据包含 100 个以矩阵形式存储和带标签的大脑活动试验（3D 格式与前面描述的相同）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于脑电的无创脑机接口研究进展[J]. 陈小刚,王毅军. 科技导报. 2018(12)
[2]基于P300电位的脑机接口系统中参数优化问题的研究[J]. 马忠伟,高上凯. 中国生物医学工程学报. 2009(06)
[3]基于脑电的脑-机接口系统研究现状[J]. 伍亚舟,吴宝明,何庆华. 中国临床康复. 2006(01)
[4]脑-机接口技术综述[J]. 杨立才,李佰敏,李光林,贾磊. 电子学报. 2005(07)
博士论文
[1]基于运动想象的脑机接口相关算法研究[D]. 徐舫舟.山东大学 2014
本文编号：3244754
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
突触后神经元电位组成的脑电图（A~F代表锥体细胞）
山东师范大学硕士学位论文快波（50μV 以上）。③按图形的分类： 脑电图、β 脑电图、平坦脑图。事件相关同步和去同步发生肢体运动或想象运动时大脑皮层运动相关区域脑电特定频段的幅之为事件相关去同步化（Event Related Desynchronization, ERD）；当惰性状态下时，特定频段的幅度表现出波幅增高，这一现象称之为事ent Related Synchronization, ERS）。研究表明感觉运动皮层局部发生 ER皮层区域会伴随有 ERS 出现。人体大脑皮层运动体感区神经冲动的的特征，即当实际或想象左手运动时，ERD 现象将出现在大脑右侧皮反之亦然。如图 1-2 所示呈现了四种不同的运动想象任务对应激活区用这种脑电节律上的差异性来实现 MI-BCI 系统的设计。
该 研 究 使 用 了 德 国 Tuebingen 大 学 提 供 的 BCI 竞 赛 III 的 数 据 集 I（http://www.bbci.de/competition/iii/）。在实验期间，受试者进行左手小指或舌头的想象运动，如图 2-1 所示。通过使用 8×8 ECoG 铂电极网格获取脑电活动的时间序列并将该电极放置在对侧（右）运动皮质上，如图 2-2 所示，电极的排列序号如图 2-3 所示。所有信号记录的采样率为 1000Hz，放大后将记录的电位存储为微伏值。每次试验都包括想象舌头或手指运动，并记录 3 秒。为避免视觉诱发电位反映在数据中，记录间隔在视觉提示结束后 0.5 秒开始。实验范式如图 2-4 所示，描述了 MI 试验的记录过程，想象阶段持续 7 秒，从 ECoG 记录中提取了三秒钟的运动想象片段进行分析。训练数据由两部分组成：278 次试验中的大脑活动，通过格式[试验次数×电极通道×时间序列样本]存储在三维（3D）矩阵 X 中，并且将 278 个试验的标签存储为-1/1值的 Y 矩阵中。测试数据包含 100 个以矩阵形式存储和带标签的大脑活动试验（3D 格式与前面描述的相同）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于脑电的无创脑机接口研究进展[J]. 陈小刚,王毅军. 科技导报. 2018(12)
[2]基于P300电位的脑机接口系统中参数优化问题的研究[J]. 马忠伟,高上凯. 中国生物医学工程学报. 2009(06)
[3]基于脑电的脑-机接口系统研究现状[J]. 伍亚舟,吴宝明,何庆华. 中国临床康复. 2006(01)
[4]脑-机接口技术综述[J]. 杨立才,李佰敏,李光林,贾磊. 电子学报. 2005(07)
博士论文
[1]基于运动想象的脑机接口相关算法研究[D]. 徐舫舟.山东大学 2014
本文编号：3244754
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3244754.html
