基于脑电信号的便携式注意力检测系统设计与实现

发布时间：2020-07-28 23:03

【摘要】：大脑神经细胞在活动中产生的电信号被称为脑电信号,脑电信号在临床医学和工程应用等领域都具有重大的研究价值。在工程应用中,脑-机接口技术能够建立大脑和计算机之间进行沟通的桥梁,通过该技术可以直接识别出大脑中的思维活动,并将其传递给计算机,该技术具有重大的理论科研价值和实际应用前景,目前已被多个国家纳入科技发展规划中,已经成为了当前的研究热点。在脑-机接口技术领域中,使用脑电信号进行注意力检测也是其中的一项重要研究内容。本文主要对使用脑电(Electroencephalogram,EEG)信号进行注意力检测的方法进行了研究,并设计了一种注意力检测系统。本文中采用了干电极进行脑电信号的非侵入式采集,使用Think Gear AM脑电处理芯片对采集到脑电信号进行滤波、放大和AD转换,然后对采集到的信号使用Mallat快速算法进行分析,将分析后得到的脑电信号的四种节律的能量作为特征值,再运用BP神经网络对获得的特征向量进行模式分类。基于以上,本文完成了符合要求的系统设计,硬件方面包括信号采集和传输模块、信号处理和转发模块、电源模块等;软件方面考虑到计算量和便携性的问题,结合了云平台,采用TCP协议设计了客户端和服务器,将系统中的主要计算放在云服务器上进行,并搭建了云Web服务器进行界面交互;同时设计了注意力实验的范式,并通过实验对系统进行了测试。传统的注意力检测方式主要借助摄像头和各种传感器对被测者的表情和姿态进行识别,很难精确量化注意力等级。本文中采用脑电信号进行注意力检测,经测试表明系统能够实现脑电信号的实时采集、处理和分析,与传统方式相比更容易进行量化分析,准确度更高,同时设计的系统体积较小,便于携带。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318;TN911.7
【图文】：

生理结构,人脑,成年人

构和功能术的研究中，对脑电信号进行采集一更有利的脑区将会采集到更具有相关高。结构大致可以分为中枢神经系统(central nipheral nevous system, PNS)[29]。大脑过脊髓向全身传达控制信号，同时脊主要通道。~200 成年人深度睡眠，新生儿，智力发~150 少年脑电主要组成，成年人浅睡~100 正常人基本节律，在清醒、~20 内心紧张，心情亢奋出现，思维活

大脑功能

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文，其中大脑皮质的每个区域都出现了功能特化，每个区域都基底神经节主要负责的是运动控制和行为选择，杏仁核负责海马体则是负责记忆、学习、空间认识任务[25]。在大脑底部质、脑桥与中脑共同组成，大脑通过它向身体其他部位传达大脑下部高度结构化的神经元网络，负责运动的协调。脑皮质结构及功能究中涉及到了选择从哪个脑区采集信号，根据大脑的组织和的大脑皮质可以分为额叶、顶叶、枕叶和颞叶这 4 个部分，

国际标准,电极,冠状

国际脑电图(EEG)学会所提出的10-20系统标准电极安放法是最为权威的[30]，如图2-4 所示，该方法已经在脑-机接口的实际应用中被广泛使用。图 2-4 国际标准电极放置方法Fig.2-4 International Standard Electrode Placement Method10-20 系统中的电极之间的相对间隔被规定为 10%或者 20%，这也是该放置方法被命名为 10-20 系统的由来。系统中用以放置电极的参考线被命名为矢状线和冠状线，矢状线为鼻根、颅顶和枕外隆凸相连接的一条线，如图 2-3 左所示；冠状线为颅顶、左右耳根相连接的一条线，和矢状线交叉。在大脑头皮的矢状线和冠状线上都按照 10%、20%、20%、20%、20%、10%的顺序来确定5 个参考点，之后以参考点为基准进行电极的安放。

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