2017年脑机接口研发热点回眸

 脑机接口通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息，构建人脑与外部世界的直接信息传输通路。近年来脑机接口领域发展已经步入快车道，相关技术正在走向成熟，并得到工业界越来越多的关注。本文盘点了2017年度脑机接口在应用系统实现方面所取得的重要成果，介绍了其应用关键技术研究的新进展，展望了脑机接口研发的未来趋势。     

虚拟现实技术在非恒定流实时仿真中的应用(英文)

为实时显示河道流场的动态变化过程,将虚拟现实技术应用于非恒定流的实时仿真模拟,开发了基于虚拟现实技术的流场动态可视化系统.采用虚拟现实技术在计算机中构建真实的三维地形地物,进行交互漫游;河道流场状态由二维水动力学模型提供;基于粒子系统思想,采用运动的矢量箭头模拟动态流场,并将该流场集成于三维场景中,实现了虚拟现实与科学可视化的有机结合.为解决三维虚拟仿真与数值计算数据量和计算量都很庞大的问题,采用基于网络的并行算法,使数值计算与三维显示在不同的PC上进行,计算结果通过网络传输进行交互,同时采用插值处理的方法解决计算速度与显示频率不协调的问题.系统用来模拟三峡工程与葛洲坝工程当前流量状态下整个流场的动态变化,具备直观性、实时性和科学性,是流场实时模拟显示的解决方案之一.     

使用单片机实现NBA 计时、计分系统

使用一片MCS-51系列的8031芯片设计出一个NBA篮球赛计时、计分系统．系统包括键盘、计时、计分和显示4个子系统．键盘利用扫描方式识别键位，显示采用LED动态显示方式，计时系统采用了指令冗余、软件陷阱和看门狗等抗干扰措施．     

Single-trial decoding of imagined grip force parameters involving the right or left hand based on movement-related cortical potentials

Time–domain feature representation for imagined grip force movement-related cortical potentials(MRCP)of the right or left hand and the decoding of imagined grip force parameters based on electroencephalogram(EEG)activity recorded during a single trial were here investigated.EEG signals were acquired from eleven healthy subjects during four different imagined tasks performed with the right or left hand.Subjects were instructed to execute imagined grip movement at two different levels of force.Each task was executed 60 times in random order.The imagined grip force MRCP of the right or left hand was analyzed by superposition and averaging technology,a single-trial extraction method,analysis of variance(ANOVA),and multiple comparisons.Significantly different features were observed among different imagined grip force tasks.These differences were used to decode imagined grip force parameters using Fisher linear discrimination analysis based on kernel function(k-FLDA)and support vector machine(SVM).Under the proposed experimental paradigm,the study showed that MRCP may characterize the dynamic processing that takes place in the brain during the planning,execution,and precision of a given imagined grip force task.This means that features related to MRCP can be used to decode imagined grip force parameters based on EEG.ANOVA and multiple comparisons of time–domain features for MRCP showed that movement-monitoring potentials(MMP)and specific interval(0–150 ms)average potentials to be significantly different among 4 different imagined grip force tasks.The minimum peak negativity differed significantly between high and low amplitude grip force.Identification of the 4different imagined grip force tasks based on MMP was performed using k-FLDA and SVM,and the average misclassification rates of 27%±5%and 24%±4%across 11 subjects were achieved respectively.The minimum misclassification rate was 15%,and the average minimum misclassification rate across 11 subjects was24%±4.5%.This investigation indicates that imagined grip force MRCP may encode imagined grip force parameters.Single-trial decoding of imagined grip force parameters based on MRCP may be feasible.The study may provide some additional and fine control instructions for brain–computer interfaces.     

基于运动相关脑电特征的手运动方向识别

为了研究如何从无创运动相关脑电中提取运动信息作为上肢主动康复训练的控制命令,通过设计实验,使右手完成左、上、右3个方向的运动,同时采集脑电数据和右手运动信息.通过小波时频分析确认与右手运动相关的脑电频带,并提取其小波分解系数作为特征,采用支持向量机进行特征分类,根据方向识别准确率分析提取特征的有效性.结果表明,运动脑电delta和theta频段的小波系数特征可以有效区分右手不同方向的运动,方向识别准确率的均值接近65%,并且用准备阶段特征分类的结果普遍优于运动阶段特征,因此,在手运动之前诱发的脑电活动含有丰富的运动信息,可用于脑-机接口系统提取上肢主动康复训练的控制命令.     

基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口实验研究

为提取应用于脑-机接口系统的稳态视觉诱发电位信号(SSVEP),运用叠加平均与快速傅里叶变换(FFT)相结合的方法,由其频谱图上得到作为输入信号的稳态视觉诱发电位信号.通过实验确定了叠加平均次数与最佳视觉刺激颜色,并对混合闪光刺激下SSVEP的提取进行了研究.实验结果表明,该方法提取出的SSVEP信号能够反映使用者的控制意图,可应用于脑-机接口系统.     

3A分子筛存在下四氢呋喃水合物的界面生长

通过在显微镜下观测加入3A分子筛粉末后的四氢呋喃(THF)-水体系的水合物生成过程,测量水合物生成时水合物相的界面移动速度.实验结果表明:在不同温度下水合物界面的生长速度都具有一致的规律,而且随温度变化不大,最大值约为1.1μm/s;同时界面生长速度随着反应进行而慢慢降低.     

高速移动中基于多接口的并行传输机制的设计与实现

针对高速移动环境的网络特性,提出了基于多种无线网络接口的并行传输机制,以及数据通信流程和管理控制机制,为用户提供了一条由多种不同的链路整合成的透明逻辑链路,自动处理网络的水平切换和垂直切换问题,从而提高网络吞吐量和可靠性,实现流量的负载均衡。在高速列车上的实际测试表明,系统丢包率问题得到了改善,数据吞吐量得到了明显提高。     

一种稳健的二维自适应波束形成算法

针对已存在的各种二维capon波束形成器稳健算法性能单一,只能对1种或2种影响波束形成算法性能的因素具有稳健性,缺乏对多种情况都具有稳健性的缺点,提出一种基于空间谱估计的二维稳健自适应波束形成方案.首先,提出一种新的二维解相关空间谱估计算法,该算法将二维角度估计问题用4个一维空间谱估代替,并采用修正的MUSIC算法实现解相干,然后利用得到的角度信息构造虚拟干扰,克服观察方向误差并展宽零陷.仿真结果表明:该算法结合了空间谱估计技术和自适应波束形成技术的优点,对期望信号导向矢量误差、干扰到达角失配及信号相关等都具有足够的稳健性.