流程可配置分布式运动脑机接口计算平台的研究与实现

发布时间：2017-04-04 09:04

  本文关键词：流程可配置分布式运动脑机接口计算平台的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脑机接口技术是指在脑与外部设备之间直接建立一种信息交流与控制通道,从而实现脑与外界的直接互联的技术。随着脑科学研究的深入,脑机接口技术的发展也愈发迅速。在脑机接口研究中,信号分析处于核心地位。由于脑机接口实验中的高通量神经信号所需的分析和解码的计算量很大,而且随着研究的深入,对计算能力的需求有增无减。然而脑机接口研究复杂的交叉学科背景导致了传统的计算系统开发方式在沟通交流、算法实现等方面困难重重,引发了需求不明确、开发效率低、系统不稳定、维护困难等问题的出现,掣肘了实验平台的搭建以及脑机接口的研究。因而搭建一个通用的计算平台,为脑机接口研究中遇到的计算问题提供通用便捷的解决方案,具有非常重要的意义。为了解决上述问题,本文深入分析了非人灵长类运动脑机接口实验平台的开发与维护过程,重点针对其在计算性能、扩展性和交互性等方面的需求,设计并实现了针对在线解码的通用计算系统平台。该平台将复杂计算流程分解为简单计算流程的拓扑组合形式,通过图形化的计算流程配置系统,提供了针对不同的计算需求定制具备相应计算流程服务的在线解码系统。在计算性能方面,本文结合分布式技术,搭建了基于Hadoop的离线计算系统,为大数据的数据处理和模型计算提供高性能的计算服务。并在此系统之上,实现了算法广义回归神经网络和K最近邻算法的分布式并行化,并对其运行性能进行了分析。最后,本文将完成的计算系统放置于真实的实验场景中,在猴子运动解码实验中,对上述平台系统的交互性、扩展性以及计算性能进行了分析和测试。
【关键词】：脑机接口 通用计算平台 流程可配置 分布式计算
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R319;TP334.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.2 脑机接口计算平台研究概述14-18
• 1.2.1 人类脑计划14-15
• 1.2.2 现有脑机接口平台15-18
• 1.3 困难与挑战18-19
• 1.3.1 灵活通用的神经解码平台开发18-19
• 1.3.2 神经信号大数据高速计算方法19
• 1.4 本文的研究内容19-20
• 1.5 全文内容安排20-22
• 第2章 猕猴运动脑机接口实验平台的搭建22-36
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验流程与数据处理23-27
• 2.3 硬件平台27-28
• 2.4 范式系统28-31
• 2.5 在线解码系统31-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 计算流程可配置的神经解码系统设计36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 流程可配置的神经解码系统36-50
• 3.2.1 架构设计37-39
• 3.2.2 设计模块39-42
• 3.2.3 执行模块42-44
• 3.2.4 数据接口设计44-46
• 3.2.5 系统界面设计46-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第4章 基于Hadoop的并行计算架构设计与解码算法的实现51-62
• 4.1 引言51-52
• 4.2 神经信号大数据参数训练中的困难52
• 4.3 Hadoop并行计算架构及其优势52-54
• 4.4 基于Hadoop的并行计算架构的实现54-57
• 4.4.1 整体架构的设计54-56
• 4.4.2 数据的封装与传递56-57
• 4.5 基于Hadoop的算法实现57-60
• 4.5.1 基于GRNN运动轨迹解码57-59
• 4.5.2 基于KNN的运动手势分类59-60
• 4.6 解码结果及并行效率分析60-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第5章 流程可配置分布式脑机接口计算实例：猴子运动解码系统62-69
• 5.1 引言62
• 5.2 基于可配置系统的猴子运动轨迹解码算法实现62-67
• 5.2.1 算法介绍62-64
• 5.2.2 算法实现64-66
• 5.2.3 性能分析66-67
• 5.3 基于Hadoop平台的参数训练67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 工作总结69
• 6.2 主要创新点69-70
• 6.3 未来工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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1 柯大观;童勤业;;排列复杂性度量应用于脑机接口信号分析[J];传感技术学报;2007年03期

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3 沈广泽;司峻峰;宁新宝;;一种用于脑机接口的模式识别方法[J];北京生物医学工程;2007年06期

4 赵均榜;张智君;;基于皮层诱发电位的脑机接口研究进展[J];航天医学与医学工程;2010年01期

5 胡汉彬;祝晔;蒋田仔;;基于功能近红外光谱技术的脑机接口研究[J];生物医学工程研究;2010年01期

6 何庆华;吴海静;田逢春;冯正权;刘涛;钟美楠;王正国;;用于控制短消息发送的实时脑机接口系统[J];中国医学物理学杂志;2012年03期

7 姚林;张定国;王颖;;脑机接口控制的下肢功能性电刺激系统研究[J];中国生物医学工程学报;2012年05期

8 高海娟;徐桂芝;王磊;郭苗苗;;基于双耳分听范式的听觉脑机接口研究[J];河北工业大学学报;2013年06期

9 杨帮华,颜国正,丁国清,于莲芝;脑机接口关键技术研究[J];北京生物医学工程;2005年04期

10 邹继东;陈小平;和卫星;赵世婧;吉奕;;小波熵提取脑意识任务特征的脑机接口设计[J];中国临床康复;2006年13期

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1 钱久超;夏斌;杨文璐;;基于P300诱发电位的脑机接口技术研究综述[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议（CACIS·2010）暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年

2 ;脑机接口数据竞赛[A];首届全国功能神经影像学和神经信息学研讨会论文汇编[C];2003年

3 岳鹏;苗丹民;邱玉辉;;一种眼动型脑机接口的设计原理[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2006年

4 何庆华;吴宝明;王禾;卓豫;;脑机接口视觉剌激方法实验研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集（下册）[C];2007年

5 周鹏;赵欣;葛家怡;李宁;郁洪强;王明时;;基于运动想象的脑机接口的个性化设计方法研究[A];天津市生物医学工程学会2008年年会暨首届生物医学工程与临床论坛论文集[C];2008年

6 郭苗苗;徐桂芝;王磊;王江;;基于小波变换的听觉脑机接口特征信号分析[A];天津市生物医学工程学会第三十一届学术年会论文集[C];2011年

7 贾文艳;赵香花;高小榕;高上凯;杨福生;;2003年脑机接口数据竞赛论文之五——想像左右手运动的单次脑电信号分类[A];首届全国功能神经影像学和神经信息学研讨会论文汇编[C];2003年

8 何庆华;吴宝明;王禾;钟渝;杜晓兰;彭承琳;;瞬态视觉诱发电位在脑机接口中的实验研究[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

9 高小榕;;脑机接口中的信息传输技术[A];Proceedings of the 8th Biennial Conference of the Chinese Society for Neuroscience[C];2009年

10 张少白;陈悦;;脑皮层信号ECoG在脑机接口中的应用研究[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

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1 本报记者 罗朝淑;脑机接口：唤起神经康复的新希望[N];科技日报;2011年

2 常丽君;脑机接口让猴子成功控制虚拟手臂[N];科技日报;2013年

3 叶平安;脑机接口：人与电脑的桥梁[N];电脑报;2014年

4 本报记者 马文方;脑机接口：互联网遥远的疆界[N];中国计算机报;2010年

5 实习生 陈明立;脑机接口,开启“心灵感应”时代[N];科技日报;2010年

6 本报记者 孙燕燕;洪波：脑机接口传递思维[N];北京科技报;2010年

7 记者 李鹏;“脑机接口”实验：意识控制成真[N];北京科技报;2012年

8 松鼠会;脑机接口 不只是科幻[N];科学导报;2012年

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3 余天佑;多模态与多自由度脑机接口研究[D];华南理工大学;2013年

4 吴正华;稳态视觉诱发电位在脑机接口及认知过程中的应用研究[D];电子科技大学;2008年

5 程明;基于脑电信号的脑—计算机接口的研究[D];清华大学;2004年

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7 朱丹华;基于稳态视觉诱发电位相位的脑机接口研究[D];浙江大学;2011年

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9 肖贵贤;脑机接口信号的模式分类[D];中南民族大学;2009年

10 娄彬;主动式便携脑机接口系统的关键技术研究[D];清华大学;2009年

  本文关键词：流程可配置分布式运动脑机接口计算平台的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

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