基于运动想象的人脑意念操控大鼠研究

发布时间：2020-08-25 16:23

【摘要】：脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)技术的出现和发展让生物个体之间脑到脑的沟通成为可能。脑机接口技术不仅能通过大脑活动产生的生理信号解读特定的意念,而且可向大脑直接施加外部刺激,实现对神经系统的干预,从而控制生物的某些特定感受和行为。将上述两种不同信息传递方向的脑机接口相结合,从而实现两个不同个体之间脑到脑的信息传输通路,即“脑脑接口”(Brain-brain Interface,BBI)。目前,脑脑接口的研究已经初步实现不同生物个体之间脑到脑的信息传递及意念控制,但与人脑意念操控相关的脑脑接口存在控制方式单一,控制对象和任务简单,缺少反馈等问题,所以,对于脑脑接口中的意念控制效果及信息传输效率等方面的探究具有重要意义。论文基于运动想象的脑机接口技术,建立了人和大鼠机器人之间的无线脑脑接口系统,并实现了人脑意念对大鼠机器人运动行为的实时稳定控制。具体内容包括:1)研究了基于运动想象的脑机接口解码人的运动意图及眨眼的控制方式。通过建立基于运动想象的脑机接口并完成运动想象实验,证明利用基于运动想象的脑机接口解码运动意图和眨眼作为人脑意念操控大鼠机器人的控制方式具有可行性。2)研究了将意念解码结果转换为大鼠机器人控制指令的方法,提出了两种决策模型:直接阈值法模型(Direct Threshold Method,DTM)和梯度阈值法模型(Gradient Threshold Method,GTM),并基于所提出的决策模型搭建了人脑意念操控大鼠机器人系统。利用该无线脑脑接口能够实现人脑意念对大鼠机器人的稳定操控。3)设计了从鼠标操控到人脑意念操控完成八臂迷宫任务的实验,实现了人脑意念对大鼠机器人的稳定操控。对提出的两种决策模型进行对比分析,梯度阈值法模型能够更加稳定地实现人脑意念操控。研究结果表明人能够稳定地意念操控大鼠机器人完成多种迷宫任务,证明了通过人与大鼠之间脑脑接口实现两种生物个体大脑之间多维度信息传输的可行性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.7;R318
【图文】：

信号获取,信号解码,记录仪器,信号预处理

逦！逡逑图２－１本研究中基于运动想象的脑机接口系统概览逡逑图２－１展示了本研究中使用的ＢＣＩ系统。该系统由信号获取、信号预处理、逡逑信号解码和结果输出四部分组成。信号获取部分为系统的输入部分，将采集得到逡逑的脑电信号输入系统，ＥＥＧ记录仪器为Ｎｅｕｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ邋（ＮＥ）公司的Ｓｔａｒｓｔｉｍ放大逡逑１２逡逑

想象实验,实验过程,训练阶段,在线测试

生成事件代码信号同步记录到脑电信号中，用以标记开始运动想象运动时刻。在逡逑整个实验过程中，受试者被要求将视线一直保持在十字上，避免身体活动并保持逡逑放松（图２－２）。同时，受试者也被告知可以进行正常地眨眼。逡逑１３逡逑

离线,分类器,解码算法,硕士学位论文

浙江大学硕士学位论文逦基于运动想象的脑机接口系统逡逑表２－３离线解码正确率及对应的分类器选择逡逑受试者逦离线解码正确率逦分类器逡逑５１逦６０．３６％逦ＣＳＰ＋ＬＤＡ逡逑５２逦５９．３１％逦ＣＳＰ＋ＳＶＭ逡逑５３逦６４．５９％逦ＣＳＰ＋ＬＤＡ逡逑５４逦６７．１５％逦ＣＳＰ＋ＬＤＡ逡逑５５逦８３．２８％逦ＣＳＰ＋ＬＤＡ逡逑可见，ＣＳＰ与ＬＤＡ结合的平均解码算法的正确率最高。在线测试阶段使用逡逑ＣＳＰ＋ＬＤＡ的方法来在线实时解码，，解码结果对比如下：逡逑表２－４解码正确率结果逡逑

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