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基于运动想象的反馈系统实现及应用研究

发布时间:2018-05-27 06:43

  本文选题:脑机接口 + 运动想象反馈系统 ; 参考:《电子科技大学》2017年硕士论文


【摘要】:近年来,基于运动想象的脑机接口技术在运动控制、神经康复及特种工业环境下的智能作业等领域存在着很大的潜在应用前景,从而该项技术得到了科技界众多研究者的关注。基于运动想象的脑机接口技术由于其涉及到的神经机制和运动密切相关,因此有望在提升受试者的运动控制能力、脑区信息处理效率以及脑瘫康复中发挥重要作用。运动想象反馈是将与运动相关的脑电信号转换为生动形象的视觉和声音信号,如音乐、图像等。在反馈系统中,受试者通过接收这些信息进行自我调节及控制,从而提升相应的运动能力。本论文的主要贡献如下:1.基于团队已搭建的BCI系统平台的前提下,利用多进程和多线程的软件技术架构,实现了脑电信号的采集,不同反馈模式的设计与开发,进而搭建起运动想象反馈系统平台。该反馈系统主要包括与运动相关信息的直接显示,例如功率谱,ERD,和分类结果等等,并且基于与运动想关的信息,实现了不同场景的反馈控制,以达到灵活应用的目的。2.基于所开发的运动想象反馈系统,设计并实施正常受试者的运动想象反馈训练方案,在实验方案中,将被试均匀的分为反馈组和对照组。反馈组进行3种反馈模式的训练,包括功率谱、ERD和分类器输出信息反馈,感兴趣频段控制的反馈,ERD和分类器输出控制的反馈。对照组只进行传统方式的运动想象训练。两组被试各8人,每个被试共进行5次训练,每次间隔6天。每次训练前都会采集8分钟静息态脑电数据,然后采集相应的实验任务数据。通过对采集脑电数据进行运动想象控制准确率、脑网络属性的分析,发现了反馈组的运动想象控制能力、脑网络处理信息的效率都比对照组的提升效果明显。3.将运动想象反馈系统用于脑瘫儿童的康复治疗。目前,共进行了10个脑瘫儿童的反馈训练。在反馈训练中,利用开发的系统让脑瘫儿童进行相应任务的运动想象反馈训练,每个被试共进行5次训练,每次间隔10天。每次训练都会采集8分钟静息态脑电数据,然后采集相应的实验任务数据。通过对采集数据的运动能力及脑网络属性的分析,结果表明经过反馈训练脑瘫儿童的功能脑网络括扑结构得到了改善,这与正常的MI生理基础一致。系统初步作用与脑瘫儿童的效果表明了运动想象反馈系统对脑瘫儿童的康复有促进作用。
[Abstract]:In recent years, the brain-computer interface technology based on motion imagination has a great potential application prospect in the fields of motor control, neural rehabilitation and intelligent operation in special industrial environment, which has attracted the attention of many researchers in the field of science and technology. The brain-computer interface technology based on motion imagination is expected to play an important role in improving the subjects' motor control ability, brain information processing efficiency and rehabilitation of cerebral palsy because of the close relationship between the neural mechanism and movement. Motion imaginary feedback is the conversion of motion related EEG signals into vivid visual and sound signals, such as music, images, etc. In the feedback system, the subjects self-regulate and control by receiving the information to improve their motor ability. The main contributions of this thesis are as follows: 1. Based on the BCI system platform which has been set up by the team, the collection of EEG signals and the design and development of different feedback modes are realized by using the multi-process and multi-thread software technology architecture, and then the motion imagination feedback system platform is built. The feedback system mainly includes the direct display of motion-related information, such as power spectrum ERD, classification results and so on. Based on the information related to motion, the feedback control of different scenes is realized to achieve the purpose of flexible application. Based on the developed motion imagination feedback system, the training scheme of motion imagination feedback for normal subjects was designed and implemented. In the experimental scheme, the subjects were divided into feedback group and control group evenly. The feedback group is trained in three kinds of feedback modes, including power spectrum ERD and classifier output information feedback, interesting frequency band control feedback / ERD and classifier output control feedback. The control group only received traditional exercise imagination training. Two groups of 8 participants, each of the participants a total of 5 times of training, each 6 days interval. The rest EEG data are collected for 8 minutes before each training, and the corresponding experimental task data are collected. By analyzing the control accuracy of EEG data and the properties of brain network, we found that the control ability of motion imagination in feedback group was significantly higher than that in control group, and the efficiency of processing information in brain network was significantly higher than that in control group. The motor imagination feedback system was applied to the rehabilitation of children with cerebral palsy. At present, 10 children with cerebral palsy received feedback training. In the feedback training, children with cerebral palsy were given motor imagination feedback training of corresponding tasks by using the developed system. At each training, the rest EEG data are collected for 8 minutes, and the corresponding task data are collected. By analyzing the motor ability of collected data and the attributes of brain network, the results show that the functional brain network envelope structure of children with cerebral palsy trained by feedback has been improved, which is consistent with the normal physiological basis of MI. The preliminary effects of the system and the effects of children with cerebral palsy indicate that the motor imagination feedback system can promote the rehabilitation of children with cerebral palsy.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318

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本文编号:1940906

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