基于有向网络的人物信息诱发脑电信号特征

基于熟人和陌生人的视听觉信息,通过记录对应的脑电信号,对大脑在熟人和陌生人信息刺激下的认知机制展开研究.首先,通过记录被试在视听刺激下的脑电信号,得到对应不同刺激下的事件相关脑电位.通过计算不同导联间的相位传递熵构建有向功能网络,最后对重点网络参数进行分析.结果表明,相比陌生人信息诱发的有向网络,熟人信息诱发网络中关键节点的作用加强,网络聚集能力增强;熟人信息诱发网络的连接更加趋向于全脑化,不同脑区间的信息交换加强,整个网络结构更有利于完成对熟人信息的识别.     

基于事件相关电位绝对时间标记法的汽车造型语义评价方法

借助Muse脑电设备，采用绝对时间标记法，探索事件相关电位（ERP）实验的造型评价方法，从而缩短造型设计评估周期，提高企业内部造型设计决策效率。首先通过句尾歧义经典实验范式，验证Muse脑电设备可用于ERP的N400经典实验范式研究，其次进行多模态语义加工研究的复合刺激范式实验，验证Muse脑电设备测试结果。结果表明，Muse脑电设备在对汽车造型语义与文字语义进行测量时，能够准确采集N400成分并进行比较。N400成分可以在特定刺激下反映用户的真实想法，提高汽车造型决策效率，降低造型设计成本。     

脑--机接口中高性能虚拟键盘的实现

给出了基于模拟阅读事件相关电位的脑-计算机接口这种全新模式的方案,该方案的关键部分是虚拟键盘的界面,它提供了用户利用脑电信号输入字符所需的刺激.在Windows环境下,实现了这种新型高性能的虚拟键盘.实测显示,36个键的视窗中的目标图像同时运动时,平滑稳定,无抖动现象;时间精度超过设计要求达到1ms.     

基于P300的脑-机接口: 视觉刺激强度对性能的影响

脑-机接口(BCI)是大脑与外部世界直接的交流通道.为了研究视觉刺激强度对基于P300的脑-机接口性能的影响,设计并实现了一种基于5个选择oddball的P300诱发电位范式的脑-机接口系统,并在此系统中研究2种不同强度下视觉刺激(高强度和低强度)下脑-机接口的信息传输率差异.9名受试者参加了实验,每位受试者在高低2种强度视觉刺激下各采集40组数据,数据在预处理后使用支持向量机进行分类,最终的目标识别率分别为84%和81%.平均波形表明在所设计的范式下2种强度视觉刺激均可以诱发出稳健的P300电位,离线分析表明高强度视觉刺激下平均信息传输率可以达到4.9 bit/min, 而低强度视觉刺激下为 4.5 bit/min.     

内隐条件下性别对恐惧刺激加工的影响

采用内隐范式研究了性别差异对恐惧刺激加工的影响.实验一:在533张图片中选出50张图片,这些图片在唤醒度上是匹配的,但是在恐惧度和效价上是不匹配的;实验二:采用双向oddball范式,要求被试区分标准刺激和偏差刺激的内隐范式,研究性别差异对恐惧刺激加工的影响.结果发现:在内隐条件下,男性对中性刺激和恐惧刺激的反应时和正确率不存在显著差异,女性对恐惧刺激的反应显著快于对中性刺激的反应,且在正确率上对恐惧刺激的反应更加准确.女性对恐惧刺激的反应优势可能存在生物进化上的原因.     

骨传导听觉脑机接口技术研究

听觉脑机接口技术为视觉通路存在障碍的闭锁综合征患者提供了与外界交流的新通道.为了使空气传导通路受损的病患也能应用此项技术,本文将声音骨传导方式引入到听觉脑机接口实验研究中.本研究设计了左右耳分别呈现不同声音序列的双耳分听实验范式,对骨传导及空气传导方式所诱发脑电信号进行了特征提取和分类比较.实验结果表明两种传导方式下靶刺激均可稳定的诱发出N200与P300电位,骨传导方式下,N200的幅值较空气传导方式更显著.两种方式都获得较高的分类正确率,均可用于听觉脑机接口系统,且骨传导方式优于空气传导方式.     

语义干扰效应发生阶段的ERP研究

采用延时命名任务,运用事件相关电位(ERP)技术考察了图-词干扰范式下语义干扰效应的发生阶段。在屏幕上呈现图片(如"狗")及其干扰词800ms后,要求被试忽略干扰词命名图片。干扰条件有三:语义关联干扰(如"猫")、语义无关干扰(如"树")和无刺激干扰。结果发现,从图片呈现大约180ms-700ms的时窗内,语义关联干扰和语义无关干扰引起的脑电波与无刺激干扰引起的脑电波均有显著差异。表明语义干扰效应发生在言语产生中的多个阶段。     

基于视觉双特征的并行联合脑-机接口范式的研究

基于多特征的并行联合脑-机接口与单一特征脑-机接口相比,能利用更多信息和并行方式提高特征提取和系统执行效率。提出了一种基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)和运动起始视觉诱发电位(MVEP)的双特征并行联合脑-机接口范式,通过设计3×3字符拼写范式,矩阵中纵列白色竖条按设定频率闪烁诱发SSVEP,横行中白色竖条随机运动诱发MVEP。实验表明,被试者关注目标字符时,两种特征脑电信号被同时诱发出来,并且对两种脑电信号进行特征识别能够检测出被试者选取的目标字符。联合范式并行的刺激编码方式有效节约了刺激诱发时间,为构建更为实用的联合脑-机接口提供了一种实现方法。     

欺骗引起脑加工冲突的反应时研究

目的:研究人在实施欺骗时的脑加工过程所表现的脑电位变化与正常诚实反应相比所具有的特征.方法:诱发脑电的事件为语句和图片共7个种类,用NUEROSCAN提供的STIM-2完成实验所用刺激序列的编制.结果:欺骗回答的反应时要比诚实回答的反应时长211 ms,正确率低0.74%;欺骗回答时按指定键比按固定键错误率要高3.53%,反应时要长193 ms.结论:反应时的增加反映了被试在执行任务时源于记忆和欺骗操作的冲突,导致反应信息的增加,大脑为解决所存在的竞争反应冲突倾向,以致反应时延长,说明大脑执行控制过程对于监控、解决反应冲突具有重要作用.实施欺骗行为时,个体会增加其他心理过程以抑制诚实反应倾向.不管伴随反应抉择或反应抉择前的是什么样的认知、情绪过程,所有的欺骗反应都需要一个和诚实反应不同的反应执行过程.     

基于多种灰度闪光刺激的P300脑-机接口性能研究

因P300脑-机接口系统的准确率和信息传输率较高,已被广泛应用。研究表明,视觉刺激的强度会影响脑-机接口系统的性能,本文对此展开了相关范式研究。首先,按人眼感知灰度的敏锐度将视觉刺激强度划分为9种灰度值并设计刺激范式;然后,通过实验采集9种灰度值刺激源诱发的P300电位数据;最后,对数据进行分析,得到灰度值与P300电位强度和电位分类准确率的关系信息。实验结果表明,振幅、潜伏期与灰度值之间存在一种波动增长关系,同样,灰度值与电位分类准确率也呈现此种关系,为P300脑-机接口系统的刺激源设计提供了重要依据。     

基于触觉P300的脑控下肢康复机器人

基于P300信号的脑机接口技术在康复医疗领域具有广阔的应用前景,但P300信号的诱发方式多为视听刺激诱发,容易导致患者视听疲劳,同时也限制了视听障碍患者的使用。针对这些不足,设计一种基于触觉P300的脑控下肢康复机器人系统,在被试的左右食指处各放置一个振动器,通过调整左右手振动器的刺激间隔、刺激时长及刺激比例让P300信号更容易诱发和区分;利用共空间模式算法和支持向量机对信号进行特征提取和分类。被试通过选择关注左手或右手的振动刺激输出不同指令,从而控制下肢康复机器人进行相应动作。实验证明,被试通过感受振动刺激可以轻松诱发脑电中的P300信号,在不进行P300信号平均叠加的条件下,分类准确率为86.50%,既保证了较高的分类准确率,又缩短了指令输出时间。每位被试均可通过下肢康复系统顺利完成训练任务,证明了该方法的可行性。     

智能环境中音视频双模态的身份辨识

首先描述了智能环境下一种基于语音和人脸图像的双模态的身份辨识系统;然后在基于语音的说话人辨识中采用改进的基于语音段的高斯混合模型,在基于人脸的身份辨识中利用K近邻法对整个视频序列而非单个静止图做判决;最后在评分层通过对双模态输出的评分进行规整和加权组合实现融合.实验表明,音视频双模态融合能有效提高身份辨识系统的正确率.     

基于脑电的脑机接口刺激系统的研制

脑机接口(BCI)是在人脑和外界之间建立不依赖于常规大脑信息输出通路的一种通讯系统.脑机接口刺激系统的作用是通过对受试者施加一定的外界刺激来诱发具有一定特征的脑电波.本研究基于多种刺激模式的脑机接口视觉刺激器,采用计算机编程,在计算机屏幕上实现了基于VEP、P300、想象运动的3类刺激模式.该系统能够通过特定的刺激从而有效地诱发出可识别特征的脑电信号,采用XML技术使得该刺激系统具有较强的可扩展性,可以满足脑机接口实验的需要.     

基于格兰杰因果关系的磁刺激内关穴脑功能网络的研究

磁刺激具有有效、无痛、无损伤、易于重复和操作简便等显著的优点,在中枢神经功能检测和神经功能恢复等方面具有广泛的应用价值.穴位是中医针灸调控神经系统由体表刺激到体内的切入点,对研究大脑调控机制和疾病的治疗有重要意义.本研究利用格兰杰因果关系构建基于磁刺激内关穴（PC6）的脑电（EEG）信号的脑功能网络,探究大脑的因果关系变化规律,并对比分析了安静和磁刺激两种状态下的脑功能网络的拓扑性质.研究表明,磁刺激内关穴前整个大脑系统的信息流向是平衡的,而磁刺激内关穴后额叶区的格兰杰因果关系的强度增加,且信息流向主要由额叶流向枕叶.顶叶区C4介数中心性强度显著提高.网络的传输效率提高,网络的"小世界"属性增强.     

人脑聆听轻音乐和静息状态下的EEG临界动力学特性

已有研究发现人静息态时大脑皮层活动处于近临界状态,且具有优化的信息传输效率.然而大脑在感觉刺激状态下脑电临界动力学特征少有研究.此外,轻音乐被报道对于抑郁症、精神分裂症及术后损伤均具有较好的辅助治疗作用.本文应用临界动力学理论,研究了轻音乐刺激状态时大脑皮层脑电临界动力学特性.我们记录了26名被试在闭眼、睁眼及闭眼听音乐状态的脑电信号,对3种状态进行了频率特性和临界动力学特征分析.结果显示人在睁眼状态,全脑脑电信号活动率显著高于闭眼和听音乐状态.相对于闭眼的临界状态,音乐状态和睁眼状态分别趋向于次临界和超临界的状态,即趋向于系统的低耗能态和高耗能态.说明轻优美的音乐可以帮助大脑进入更好的休息状态,没有大尺度的活动发生,这为音乐治疗提供了有价值的实验依据.     

基于Fisher判据时频分析的运动相关脑电特征选择及优化

提出了一种基于Fisher判据的运动相关脑电特征优化选择的时频分析方法,为优化选择与运动意识最相关的有效脑电频率成分提供了理论依据.在此基础上,利用具有高时频分辨率的Morlet小波方法,提取与脑电特征优化过程最为匹配的特征信息,对4个受试者运动相关脑电模式进行分类,平均最大分类正确率达到87.95%,通过最大分类正确率、最大互信息两项评价指标比较,验证了基于匹配追踪和Fisher判据时频分析的特征优化方法对改善大脑运动意识任务分类性能的有效性.实验结果表明,该文所提出的方法可望应用于脑机接口系统的运动相关脑电特征优化和选择中.     

过度使用互联网对脑电时频特性的影响研究

应用小波变换以及非负矩阵分解的方法研究了过度使用互联网对脑电时频特性的影响.采用经典的oddball刺激实验,分别采集过度使用互联网者与正常受试者在新奇刺激出现时的事件相关电位(Event-relatecl potentials,ERP),并利用小波变换以及事件相关谱扰动提取ERP的gamma节律时频信息,然后对其ANOVA统计计算的F检验结果进行两分量的非负矩阵分解.结果发现,过度使用互联网导致ERP的P300波幅降低(p<0.05),潜伏期延长(p<0.05),另外对于gamma节律的影响主要发生在刺激后300 ms,频率范围在40-50 Hz内,主要集中在大脑的中央顶部.此结果说明过度使用互联网对大脑进行信息的整合和编码造成了影响.     

视、听偏差刺激选择性注意的ERPs研究

本实验采用了视听双通道伪同时呈现的oddball模式,以汉字和简单几何图形为视觉刺激,1000Hz和800Hz的纯音为听觉刺激,使用注意通道(注意和非注意条件)×刺激概率(偏差刺激概率均为15%,标准刺激的概率均为85%)的2×2因素设计,来研究视觉和听觉偏差刺激在注意和非注意条件下诱发的事件相关电位(ERPs)。实验中视觉和听觉刺激随机序列地呈现给被试(刺激间隔ISI为700～1300ms),被试被要求注意某一通道如视觉通道,而相应地忽视另一通道即听觉通道,以左右手触键反应,如左手反应视觉偏差刺激,右手反应视觉标准刺激。结果表明,听觉偏差刺激在注意和非注意条件下均诱发了类似的不匹配负波(MMN);而视觉偏差刺激在注意和非注意条件下没有诱发MMN或类似MMN的成分,这是因为视觉系统的平行加工特性和难以对视觉影像产生记忆痕迹。听觉偏差刺激在注意条件下重迭了N2b成分并跟随了P3a成分,这种重迭和跟随反映了选择注意中的定向反应。注意条件下听觉和视觉的偏差刺激诱发了较大波幅的P300成分,反映了工作记忆中的表象更新。本实验的结果支持Naatanen对MMN所做的观察,听觉偏差刺激所诱发的MMN与注意条件的无关性反映了听觉通道中感觉刺激特征的自动化加工。     

影响单眼SSVEP控制的视力因素研究

基于稳态视觉诱发电位脑机交互方法的脑控机器人研究是国际上的热点话题.从20名被试中选取8名双眼具有不同视力差的被试,完成长时间单眼SSVEP机器间协作控制.通过总平均时长为11分41秒的实验得到双眼和单眼SSVEP控制的平均准确率分别为86.85%和82.74%.本研究显示,对于传统SSVEP刺激范式长时间单眼SSVEP机器间协作任务控制的准确率可以满足基本控制要求,被试双眼视力差值较大时会降低SSVEP控制的准确率.本研究结果可望应用于基于单眼SSVEP可穿戴设备的开发以及单眼SSVEP控制的相关研究,期望为脑控多机器人协作任务推向实用化控制打下一定的基础.     

面向假肢的场景动画稳态视觉诱发脑控方法

针对现有脑控假肢技术的控制精度低、稳定性差的问题,基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的产生机理,提出一种由场景动画稳态视觉诱发的脑控新范式。该范式以正常人或残疾人的生活场景为刺激源蓝本,根据智能假肢的控制目标,在将生活场景分解为对应的独立刺激场景图、且对其进行灰度标准化处理后,采用方波调制模式对一组对比鲜明的黑白反转色图片进行视觉刺激,由此诱发出一种基于场景动画的SSVEP;进而,通过对场景动画的SSVEP神经传导过程进行数学建模与仿真,建立了一种基于典型相关分析(CCA)的脑电信号处理方法。在专用于场景动画SSVEP的智能假肢脑控平台上进行实验,系统的平均正确率为91.41%,平均信息传输率为15.32bit/min,其最高平均识别率达到了98.44%。实验结果表明:该方法可将正常人生活场景图与传统稳态视觉诱发方法进行结合,不仅能够提高假肢动作的平均识别精度和信息传输率,而且具备可降低使用者视觉疲劳的作用。