采用Fisher线性判别分析进行MEG信号的分类

脑磁图(MEG)具有比脑电(EEG)信号更高的时空分辨率,可以作为输入信号建立脑-机接口系统.提出一种脑磁图的特征提取和分类方法,首先对MEG信号进行预处理,然后提取时域特征,最后采用Fisher线性判别分析进行分类.将该算法用于2008年脑-机接口数据竞赛的数据集Ⅲ,该数据集为一个典型的采用MEG信号的脑-机接口系统.离线分析结果表明,该算法取得了很好的分类准确率,对两个测试者(S1和S2)的分类正确率分别为5946%和4324%.与其他方法相比,该方法简单有效,运算速度快,具有较高的参考价值.     

基于共空间模式和神经元网络的脑-机接口信号的识别

提出了一种基于共空间模式和LVQ神经元网络对不同意识的脑电信号进行分类的方法.脑电信号是通过电极在头皮表面采集的脑-机接口的控制信号,提取脑电信号特征并对其进行分类,组成不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统.首先利用小波包分解对原始脑电信号进行预处理,对分解后特定小波包子带的脑电信号进行共空间模式分解,提取最优的特征;然后利用LVQ网络对不同意识任务特征进行分类,实验结果表明,该方法取得了92.7%的平均分类识别率,已经达到脑-机接口实际应用的标准.     

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.     

采用相对小波能量法的脑-机接口设计

针对基于两种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口,提出采用相对小波能量的特征提取方法.首先深入研究了相对小波能量的计算方法,然后利用相对小波能量对脑电信号进行特征提取,最后采用支持向量机进行分类,并采用分类准确率和互信息作为该脑-机接口的评价标准.离线分析结果表明:分类准确率最高为85.7%,最大互信息为0.41比特.与较常用的自适应自回归(AAR)模型系数作为特征的方法相比,所提方法具有更高的识别准确率和互信息.     

基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号分类方法研究

快速准确地对脑电信号进行特征分类是脑-机接口研究的关键问题之一。从人脑决策模型出发,结合自适应小波基特征提取方法,提出了一种基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号动态分类方法。该方法在分类中无须预先固定样本量,而是逐次取样,累积分类信息,有利于解决脑-机接口的实时控制问题。为了更好地衡量该方法的有效性,进行了10次10折交叉验证,实验结果表明3个运动想象数据集共8位受试者的平均正确率达到87%以上,互信息和分类时间等指标也表明该方法能够有效提高脑-机接口系统的性能,具有较好的实用性。     

基于傅里叶变换的脑机接口系统实现方法

脑机接口系统要求实时的处理速度和较高的准确识别率.在对脑电信号进行幅频分析和相同步分析的基础上,提出一种意识任务识别在线脑机接口系统实现方法.提取谱峰和相同步相干性指数作为反映大脑运动意识任务状态的特征参量,设计基于信息积累的时变线性分类器,对左右手想象意识任务进行识别,获得了满意的结果,最大分类正确率达到90.72%.研究结果表明,谱峰特征是事件相关去同步/同步的一个敏感的量化参数,结合相同步相干性指数能够提供更多反映大脑意识任务状态的信息.该方法采用快速傅里叶变换和线性判别式分析,特征提取和分类算法简单,计算速度快.为在线脑机接口系统的实现提供了新的思路和途径.     

基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号分类方法研究

快速准确地对脑电信号进行特征分类是脑-机接口研究的关键问题之一．从人脑决策模型出发,结合自适应小波基特征提取方法,提出了一种基于序贯似然比检验的运动想象脑电信号动态分类方法．该方法在分类中无须预先固定样本量,〖JP2〗而是逐次取样,累积分类信息,有利于解决脑-机接口的实时控制问题．为了更好地衡量该方法的有效性,进行了10次10折交叉验证,实验结果表明3个运动想象数据集共8位受试者的平均正确率达到87%以上,〖JP〗互信息和分类时间等指标也表明该方法能够有效提高脑-机接口系统的性能,具有较好的实用性．     

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.     

相干平均单次提取脑-机接口信号

为了实现脑-机接口通信信号的单次提取,基于视觉诱发电位在脑部不同位置的相关性应该比自发脑电信号强这一特点,采用多通道的同步平均信号作为特征,用支持向量机分类算法,对一名受试者200次选择作业的记录进行了分类.结果表明,在仅利用Cz与Pz两个通道的信号叠加平均后,取250～550 ms时段的信号作为分类器的特征值,能达到97%以上的分类精度.这可为简化脑-机接口系统的设计、提高通信速率提供参考.     

采用频带能量进行ECoG信号的特征提取

对于典型的采用皮层脑电图的脑-机接口系统,测试者想象左手小手指或舌头运动,提出了采用频带能量的特征提取方法.首先,把频带能量作为特征,进行导联的选择,从64导联中获取特征最明显的11导进行分析;然后采用频带能量进行皮层脑电图信号的特征提取,并利用主分量分析进行降维;最后采用Fisher线性判别分析进行两类意识任务的分类.离线分析结果表明,该方法对测试数据取得了很好的分类准确率.     

基于小波方差的运动想象脑电信号特征提取

针对区分两种不同运动想象(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口任务,提出了以小波方差作为分类特征的方法.首先深入研究了小波变换以及小波方差的计算方法,结合验证脑电图(EEG)存在的ERD/ERS现象,然后利用小波分解系数方差对C3,C4导联脑电信号进行特征提取,最后采用最简线性分类器进行分类,采用分类正确率作为主要评价标准.结果表明,最大分类正确率为85%,最佳分类时间段为4~6.5 s.与BCI竞赛和其他方法相比,在保证分类正确率的前提下,所使用的特征提取和分类方法更加简单,具有较高的参考价值.     

EEG classification based on probabilistic neural network with supervised learning in brain computer interface

Aiming at the topic of electroencephalogram (EEG) pattern recognition in brain computer interface (BCI), a classification method based on probabilistic neural network (PNN) with supervised learning is presented in this paper. It applies the recognition rate of training samples to the learning progress of network parameters. The learning vector quantization is employed to group training samples and the Genetic algorithm (GA) is used for training the network’s smoothing parameters and hidden central vector for determining hidden neurons. Utilizing the standard dataset I(a) of BCI Competition 2003 and comparing with other classification methods, the experiment results show that the best performance of pattern recognition is got in this way, and the classification accuracy can reach to 93.8%, which improves over 5% compared with the best result (88.7%) of the competition. This technology provides an effective way to EEG classification in practical system of BCI.     

EEG Signal Denoising and Feature Extraction Using Wavelet Transform in Brain Computer Interface

Electroencephalogram (EEG) signal preprocessing is one of the most important techniques in brain computer interface (BCI). The target is to increase signal-to-noise ratio and make it more favorable for feature extraction and pattern recognition. Wavelet transform is a method of multi-resolution time-frequency analysis, it can decompose the mixed signals which consist of different frequencies into different frequency band. EEG signal is analyzed and denoised using wavelet transform. Moreover, wavelet transform can be used for EEG feature extraction. The energies of specific sub-bands and corresponding decomposition coefficients which have maximal separability according to the Fisher distance criterion are selected as features. The eigenvector for classification is obtained by combining the effective features from different channels. The performance is evaluated by separability and pattern recognition accuracy using the data set of BCI 2003 Competition, the final classification results have proved the effectiveness of this technology for EEG denoising and feature extraction.     

基于降维Householder变换的多任务运动想象脑电信号特征提取研究

近年来,针对传统的左右手运动想象BCI系统信息传输速率低这一现状,众多脑-机接口(BCI)研究团队开始着眼于对多任务运动想象脑电信号的研究,相比于两类模式识别,多类模式识别能够有效提高BCI系统的信息传输速率。如何准确提取出多任务脑电信号的特征,是实现多任务BCI系统的关键。采用了基于初等反射变换(又称Householder变换)的矩阵近似联合对角化算法,将CSP算法应用于多任务运动想象脑电信号的特征提取,对EEG信号采集效果较好的受试者,四任务运动想象脑电信号的分类准确率提升至80%以上,为在线BCI系统的实现奠定了坚实的基础。     

基于邻域空间模式的运动相关电位特征提取新方法

模式分类是基于脑电图（EEG）的脑-机接口(BCI)研究的重要环节之一.针对不同的BCI任务,所采用的分类特征和分类算法也不同.其中,运动相关电位（MRPs）现象是BCI想象肢体运动分类算法中的所用到的重要分类特征.针对BCI研究中的采集EEG数据分布复杂,和训练样本不足重要问题,本文提出一种新的MRPs特征提取方法—邻域空间模式 (NSP),利用邻域关系和类别信息,有效提取了分类性能更强的MRPs特征.最后的实验结果证明了NSP算法能更有效提取分类特征.     

运动想象脑机接口系统的Petri网建模方法

针对脑机接口(BCI)中的共享控制问题,提出一种BCI系统的Petri网建模方法.首先,将共享控制策略与BCI系统的内外部信息相结合,构建运动想象BCI系统的Petri网模型,描述系统的运行状态,分析和改进共享控制策略.然后,加入控制库所描述系统的外部输入,并通过合成Petri网的方法简化Petri网的建模过程.结果表明:所提方法能够正确地演化BCI系统的运行过程,提高BCI系统的适用性,可用于设计、验证和执行共享控制策略.     

脑-机接口中小波和小波包方差的特征比较

针对两种不同意识任务的脑-机接口设计,提出了以方差作为特征的方法和以分类速率作为评价标准之一的新方法.首先深入研究了小波理论,分析了小波包分解中存在的频带交错现象,然后以小波系数和小波包系数的方差作为特征,对C3,C4导联脑电信号分别进行两种特征的提取,最后采用线性支持向量机作为分类器进行分类.结果表明,两种特征对应的最大分类正确率均达到了86.43%,对应时间分别为4.32和4.31 s.因此,以小波方差和小波包方差作为特征是完全可取的;分类速率的提出能同时反映分类正确率和分类时间,为大脑意识任务分类提供了新思路.     

基于编码调制视觉诱发电位脑机接口滤波算法的性能比较

脑机接口(brain-computer interface,BCI)的分类性能一定程度上取决于对脑电信号的预处理方法,这项研究提出了一种空域时域滤波的预处理方法,以解决人类视觉系统中的潜伏延迟对编码调制视觉诱发电位(c-VEP) BCI的目标识别性能的影响。基于一个平均信号和单次试验信号之间的最小均方误差(the least mean square error,LMSE)创建时域空域滤波器,并且通过最小绝对收缩和选择算子(the least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)将稀疏约束应用于滤波器的权重系数,并用模板匹配法来对目标进行识别。将算法应用于由63比特的M序列及其循环移位序列调制的16个目标的c-VEP BCI,并与通用的空域滤波算法典型相关分析(CCA)及空域时域逆滤波算法进行比较。结果表明本研究所提出的算法在分类准确率方面优于其他两种算法。