视觉诱发电位脑机接口关键技术研究

脑机接口（brain—computerinterface,BCI）是近10年发展起来的一种新颖的人机接口方式．它是不依赖于脑的正常输出通路（外周神经系统及肌肉组织）的脑机（计算机或其它装置）通讯系统．脑机接口的一个重要用途不仅为那些思维正常但有严重运动障碍的患者提供语言交流和环境控制途径,还在工业、航空、军事等领域也有潜在的应用价值．本文介绍了基于视觉诱发电位脑机接口的工作原理,从系统设计、数据获取及处理方法等方面论述了脑机接口设计中的关键技术,最后指出了视觉诱发电位脑机接口存在的主要问题和发展趋势．     

脑机接口技术研究方法

脑机接口（BCI）是一种基于脑电信号实现人脑与计算机或其他电子设备通讯和控制的系统，它不依赖人体的外周神经神经系统及肌肉组织，是一种新的人机接口方式，在康复医学和控制等领域有应用前景，近年来，脑机接口技术发展迅速。概述了采用事件相关电位P300、稳态视觉诱发电位（SSVEP）、事件相关同步或去同步9ERS／ERD）皮层慢电位（SCP）、自发EEG信号、植入电极等实现脑机接口技术的研究方法，讨论和比较了各种研究方法的特点和局限，介绍了脑机接口的发展现状和存在的问题，并对其应用前景进行了展望。     

改进的Wigner-ville分布提取P300视觉诱发电位

对视觉诱发电位P300快速有效提取是脑-机接口技术研究的重要问题.针对脑电信号非平稳性的特点,采用改进的Wigner-ville分布(WVD)提取视觉诱发电位P300.首先,以Oddball实验范式作为视觉诱发刺激范式,获取脑电测量信号;然后,利用共平均参考、带通滤波、数据分割等方法对采集的脑电信号进行预处理,以去除各种噪声和干扰,获得诱发脑电数据.最后,采用少次相干平均结合改进的Wigner-ville分布方法,提取P300视觉诱发电位.仿真结果表明:对比传统的Wigner-ville分布,改进的方法能够有效地获得视觉诱发电位P300,同时抑制交叉项干扰,克服了长时间视觉刺激引起神经系统疲劳而导致P300电位产生误差,为建立在线脑-机接口系统提供支持.     

小波变换在视觉诱发电位信号提取中的应用

在基于视觉诱发电位脑机接口研究中，需要在强噪声背景下迅速准确地提取出微弱的视觉诱发电位信号。对信号进行小波分解，分析诱发电位信号及噪声在不同尺度上的分布特点，选择诱发电位信号能量相对集中且能较好反映信号主要特征的频带设计了小波时频滤波器。小波时频滤波器结合少量次累加平均，可提高信噪比，提取出视觉诱发电位信号。实验表明，平均刺激9-20次就能提取出信号。本方法能准确快速地提取出有明显特征的诱发电位信号，有利于提高脑机接口通信速度及正确率。     

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。     

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.     

脑-机接口中脑波的拾取及滤噪的研究

脑-机接口（BCI）是在人脑和计算机或其他电子设备之间建立的一种直接信息交流和控制通道,是一种不依赖于常规大脑输出通路（外周神经和肌肉组织）的全新信息交流系统．BCI作为一种全新的信息交换与控制技术,将能为瘫痪病人,特别是那些丧失了基本肢体运动功能但思维正常的患者,提供一种与外界进行信息交流与控制的新途径,正受到越来越广泛的关注．脑-机接口中脑波的拾取及滤噪是其重要的环节,本文对脑-机接口中拾取脑波及干扰克服的方法进行了研究和分析．     

脑-机接口国内专利技术发展分析

脑-机接口是一种涉及多学科多领域的新颖的人机接口方式,标准的脑-机接口系统可以准确、快速地采集、识别出人脑在各种思想活动下的脑电信号,在医疗、航空、军事、生活娱乐等多个领域具有潜在应用价值.该文根据脑-机接口利用的脑电信号的来源和方式不同,对其研究方法中主要三个分类即视觉诱发电位、P300电位和运动想象进行了介绍,并对各分类国内主要申请人所申请的专利进行了分析,帮助更多申请人提升对技术的理解和把握,指导专利申请走向.     

基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口研究

实现了一个以液晶显示器(LED)产生刺激频率的稳态视觉诱发电位(SSVEP)脑-机接口系统(BCIs)。为了从脑电中提取出稳态视觉诱发电位(SSVEP)信号,运用基于快速傅里叶变换(FFT)的方法和基于Mallat小波及AR模型分析法这两种处理方法对脑电信号进行离线分析。实验结果表明,用这两种方法提取SSVEP信号都可以达到很高的准确率;而基于FFT的方法更适用于脑-机接口系统。因此用基于FFT的方法完成了这个SSVEPBCIs的在线实验。     

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.     

基于脑电的无创脑机接口研究进展

 脑机接口在脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交流与控制通道，从而实现脑与外部设备的直接交互。脑电因具有非侵入式、易于使用及设备价格低廉等特点而被广泛应用于脑机接口。本文回顾了基于脑电的无创脑机接口的研究历史，从脑机接口的类型、应用及面临的挑战3个方面综述了脑机接口的研究现状，并展望了脑机接口的未来发展前景。     

基于运动想象的双脑脑机接口系统设计与鼠标控制应用

脑机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接交流通道,是脑科学的重要研究领域。目前,单被试脑机接口研究已经较为成熟,关于双脑协作的脑机接口研究还比较少。本文设计实现了一种基于运动想象的双脑协作在线脑机接口系统,利用两套脑电放大器、协同控制技术实现了系统的硬件平台搭建。算法控制部分采用信息论特征提取算法,选取共空间模式的最优空域模式和支持向量机分类,实现了双脑协作控制鼠标移动并到达指定目标。本文采用初始位置到目标位置的实际步长与理论最短步长比评价系统性能,4组(8人)的平均步长比值为1.32。研究提供了一种双脑协作脑机接口的设计方案,可用于协同控制多维度目标、提高信息传输速率、研究脑间同步、团队决策等方面的关键技术,为脑机接口进一步发展提供了新思路。     

脑机接口在康复医疗领域的应用研究综述

脑机接口(brain-computer interface,BCI)是在大脑与外部设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种人机交互技术,为肌肉或神经末稍受损的患者提供新的人机交互手段.作为智能康复机器人研究的方向之一,BCI在康复治疗和运动辅助中具有重要的研究价值,并在神经康复、功能假体辅...     

混合脑机接口的研究现状及应用

随着多学科的发展,脑-机接口(brain-computer interface,BCI)技术取得了飞速发展,已成为脑科学、神经医学、人工智能等领域的研究热点。多项研究表明,多模态混合BCI(hybrid brain-computer interface,hBCI)比仅使用一种脑电信号(单模态)的BCI拥有更高的识别率和更好的稳定性。针对基于脑电图(electroencephalography, EEG)和肌电图(electromyography,EMG)的hBCI技术的研究现状与应用情况进行了分析与阐述,并总结了近年来EEG和EMG信号处理的主要方法,并针对目前国内外研究现状中所存在的问题,提出了在脑肌电混合BCI方向的潜在创新点,以期促进基于EEG和EMG的混合BCI在实际应用中进一步发展。     

2018年脑机接口研发热点回眸

 脑机接口提供了人脑与外部设备之间的直接通信通道,它的独特之处是不依赖于外周神经和肌肉组织。近年来,脑机接口领域发展迅速,脑机接口研究正在不断扩展,其应用范围也在不断扩大。本文综述了2018年脑机接口领域在系统应用与关键技术方面所取得的重要研究进展,展望了脑机接口智能化、移动化的发展新趋势,并提出脑机接口伦理风险的新思考。     

脑机接口技术发展新趋势——基于2019-2020年研究进展

 脑机接口旨在通过直接从大脑信号中实时解码用户意图来为辅助设备提供丰富、强大的命令信号。近年来，脑机接口技术的理论和实际应用的研究进展迅速，技术日趋成熟，其应用领域也在不断扩大。概述了2019-2020年脑机接口领域在硬件、算法、范式、应用等方面取得的重要研究进展和发生的热点事件，展望了未来脑机接口技术的发展趋势。     

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。     

脑-机接口中空域滤波技术现状与进展

作为一种特殊的人-机交互模式,脑-机接口(brain-computer interface,简称BCI)技术已成为当前脑科学和智能信息处理领域的研究热点.其中,基于头皮脑电(electroencephalography,简称EEG)的BCI(EEGBCI)技术因具有良好的安全性和可操作性,吸引了研究者的广泛关注.但头皮EEG非常有限的空间分辨率和易受干扰等特性,很大程度上限制了EEG-BCI技术的实用化进程.因此,EEG信号处理和模式识别新方法研究已成为BCI领域的一个关键问题.在现有的信号处理方法中,空域滤波技术在EEG伪迹消除和任务相关神经活动获取方面表现出了较明显的优势,近年来在EEG-BCI系统实现研究中得到了广泛应用.论文以运动想象BCI(motor imagery BCI,简称MIBCI)为应用背景,对独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)和共同空间模式(common spatial pattern,简称CSP)两种代表性空域滤波方法的原理及其性能进行介绍、分析和比较,总结出两种方法各自的优势和不足,并给出了改进思路.同时指出,ICA空域滤波方法在运动想象脑-机接口系统实现中更具应用潜力.