面向临床应用的脑机接口技术研究

发布时间：2021-11-11 16:23

　　大脑是人体最错综复杂的器官,不同脑区的损伤可能造成各种脑神经功能的缺失或紊乱。脑损伤后的病人普遍存在认知、运动、社会交往多方面功能障碍,影响人类生活质量。中风后病人在受损大脑对侧的肢体存在运动功能障碍;严重脑损伤患者存活下来后也只能恢复有限的意识水平,从而存在意识障碍问题。因此,如何将脑机接口技术应用于脑损伤疾病的诊断和辅助病人的康复将是现在和未来脑科学前沿领域最重要的研究方向之一。本文的主要研究工作是设计多种脑机接口系统来辅助意识障碍的评估及运动功能的康复。目前,对意识障碍病人的临床评估都依据于传统的行为量表,而行为量表的评估因意识障碍病人的运动损伤存在很大挑战。脑机接口可以直接探测大脑对外部刺激响应的内源性信号,可能提供一种补充或完善经典行为或者生理观察的方法。因此,我们设计了三种不同的脑机接口系统用于意识障碍病人的听觉惊吓、视觉定位和视觉追踪的辅助评估。首先,我们提出了听觉惊吓-脑机接口评估系统,采取偶发式的偏差刺激诱发病人的听觉事件相关电位-失匹配负波和P300,用于辅助评估病人的听觉惊吓反应。系统提出的非监督在线峰值检测算法可以实时检测被试的结果。参与评估的19位意识障碍患者... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

脑机接口组成及应用框图

脑电信号采集 基于脑电(EEG)的脑机接口，脑信号是通过电极帽从头皮上采集到的，电极帽上的电极位置一般按照国际标准10-20系统或者其扩展。国际10-20系统是世界脑电图学会于1958年制定的一个脑电位记录标准，如图1-2所示，其前后方向的测量是以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为准，在此线左右等距的相应部位定出左右前额点(FP1,FP2)、额点(F3, F4)、中央点(C3, C4)、顶点(P3, P4)和枕点(O1, O2)。 前额点的位置在鼻根上相当于鼻根至枕骨粗隆的10%处，额点在前额点之后相当于鼻根至前额点距离的2倍即鼻根正中线距离20%处，向后中央、顶、枕诸点的间隔均为20%,10-20系统电极的命名即源于此。电极信号的获取方式可以分为的导联方法分为两类：单极导联法(一个极为参考电极，另一个为作用电极)和双极导联法(两个极均为作用电极)。电极帽采集脑电通常采用单极导联法，而采集眼电、肌电通常采用双极导联法。在脑机接口的研究中，研究者们通常采用现有的脑电采集设备，包括放大5

器、电极帽等。国际上生产脑电采集设备的公司主要有美国Neuroscan公司，奥地利g.tec公司，德国Brain products公司等。本课题研究中所使用的脑电采集设备如图1-3，Neuroscan公司的SynAmps2放大器和Quik-Cap32通道电极帽。信号预处理与特征提取 信号分析模块主要负责对获取的脑电信号进行预处理与特征提取。特征提取是指从采集的信号中提取能反映被试意图或被试大脑对外界刺激响应的的信号特征，然后进行数据转换和降维，提供特征向量给分类算法。目前，已有的特征提取方法主要包括：（1）时域分析：时域分析主要用来直接提取波形特征，如直方图分析、方差分析、波形检测、相关分析以及相干平均等。此类方法物理意义明确，操作直接简单。（2）频域分析：频域分析主要是通过分析脑电信号的功率谱，来获取特征。由于EEG信号的很多主要特征是在频域上体现的，功率谱估计等谱分析技术可以把幅度随时间变化的信号转换为信号功率随频率变化的谱图。（3）时频分析：时频分析是一种同时在时间和频域中对信号进行分析的技术。此类方法针对非平稳信号和时变信号特征，解决了传统傅立叶方法的局限性。目前应用最广泛的方法是小波变换理论。（4）时空分析：时空分析方法有利于揭示和增强多导脑电信号中的隐含特征


本文编号：3489167