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Alpha波的异步脑-机接口系统

利用Alpha波建立了一个脑-机接口系统,包括脑电数据采集、脑电信号分析、特征提取和分类,并进行了实时在线分析.该脑-机接口系统的工作模式为异步,测试者可以任意选择何时启动系统,并随意选择4个命令中的一个进行输出,是一种更加自然的人机交互方式.实验结果表明,该系统取得了很高的分类正确率,具有很好的实用性.     

三维脑电时-空模式识别系统的研究

结合时间和空间信息的脑电模式分析是近年来脑研究的一个重要课题.文中提出了一个多方法分层次的脑电时-空模式分析系统.系统包含了任务响应提取,颅内电流分布聚集,脑电自适应分段和时-空模式识别等几个步骤.综合运用了共空域子空间分解(CSSD),隐Markov模型(HMM)等多种现代信号处理方法.还提出了一种获取高空间分辨三维脑电的LORETA-FOCUSS算法,并将脑电微状态分析由二维推广到三维脑电的情况.将该系统运用于脑机接口(BCI)问题,对两类肢体想像动作的脑电数据在未经任何人工筛选的情况下进行了分析,识别率最高可达到88.89%,平均为81.48%.结果证明脑电时-空模式分析是脑研究的一种有效途径.     

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.     

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。     

基于运动想象脑电的在线脑机接口实验

针对脑机接口技术的研究和应用设计了基于运动想象脑电信号的在线机器人控制系统,包括USB脑电放大器、开放接口的采集和实验平台、基于小波变换和AR模型系数的特征提取算法、机器人控制电路、机器人.20位受试者在该系统上分别进行了80次在线试验,比较分析了3种不同手部运动想象脑电信号的区分度,运动想象脑电对机械手控制的平均准确度分别达到了85%,88%和90%.该控制系统为基于脑电信号的在线机器人控制系统的实现和识别率的提高提供了新思路,同时也为在线脑机接口技术的实验研究以及实际应用带来了方便.     

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。     

基于脑电Alpha波的脑-机接口控制实验

对脑电alpha波阻断现象的识别提取与家用电器遥控装置的结合进行了研究，以探索实时脑机接口（brain-computer interface，BCI）系统的可行性．对5～12名受试者进行睁闭眼实验并记录其动态脑电数据，提取alpha波阻断现象发生过程的关键参数．在实时操作平台上对受试者进行4组遥控器按键操作的组合实验，以考察系统的响应速度与指令传递的准确率．总结出了Alpha波阻断现象对应的阈值电压经验计算公式，并建立了以最大噪声背景电平作为甄别开关动作真伪的判据原则．结果显示该系统具有较高的控制成功率和稳定性，表明实时脑机接口系统具有潜在的临床应用价值与研究前景.     

脑机接口中基于小波包最优基的特征抽取

在脑机接口研究中,针对脑电特征抽取,提出一种基于小波包最优基分解的方法．依据距离准则,从小波包库中选择一个对分类最优的小波包基;在该小波包基包含的所有分解系数中,抽取部分具有最大可分性的系数作为有效特征;不同通道脑电信号有效特征的结合,构成分类的特征矢量．通过对该特征矢量可分性和识别精度两个性能指标的评估,并与现有分类结果进行比较,表明了所提出方法的有效性．     

脑-机接口系统的类协同式半监督学习

针对如何提高有标签样本不足时的分类精度问题。提出脑-机接口系统(BCI)的类协同半监督学习算法(LCTSSL),采用有监督和无监督两种算法提取双特征训练双分类器协同扩充有标签样本集。在训练前后阶段设置不同置信度度量,选择两分类器分类结果一样的高置信度样本进行标记,保持每类每次新标记样本数目一样,提高有标样本集的可信度及识别系统的鲁棒性。迭代更新两分类器、有监督提取系统及相应特征,充分利用新标签信息。最后利用BCI竞赛2005的数据I证明LCTSSL算法的有效性。     

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。     

一种基于SSVEP的脑-机接口阅读系统

针对目前基于脑-机接口(BCI)的应用系统较少的问题,设计了一个可以帮助严重运动障碍残疾人实现书籍阅读的系统。系统基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)脑-机接口,采用CPLD平台设计视觉刺激模块,运用典型相关分析(CCA)算法在Visual C++平台上设计一个实时在线程序采集,分析脑电信号,并产生控制信号用于控制鼠标移动和阅读器翻页等操作。通过八位受试者的实验数据表明,设计的SSVEP脑-机接口阅读系统,产生控制指令的正确率高达94.8%,信息传输率(ITR)为40.98比特/分钟。该系统可以有效改善严重运动障碍残疾人无法与外界交流的生活现状,提高残疾人的生活品质。     

银行代收费系统银企接口模型的设计与实现

针对目前银行代收公用事业费系统普遍存在的问题，设计了一种银企接口模型JMB（Java Message Bridge）。JMB采用XML作为中间数据格式，在消息中间件和应用服务器之间建立一个“桥”，并利用“桥”来实现一个数据传输、交换的平台。结果表明：JMB在银行代收费系统中得到了成功的应用。     

功能电刺激系统通信接口设计

介绍一个用于实验室功能电刺激系统的通信接口．它采用双端口ＲＡＭ来实现高档ＰＣ机和基于Ｖ４０微处理器的便携式刺激仪之间的通信，采集实验数据，传送控制命令、刺激模式表和程序等，有数据传送速率高、便于编程和用户界面友好等特点，已在美国克利夫兰退伍军人医院应用于截瘫病人人工走路的闭环控制研究     

一种通用的XML报文通信接口系统的设计与实现

要设计出一种通用的XML报文通信接口系统需要解决协议解耦、XML报文与数据库转储、开发工作量大3个关键性的问题,为此提出了解决问题的思路,接口系统的设计方案,并在科研课题中进行了应用,给出了进一步研发的构想.该接口系统的设计与实现已基本成型,取得了阶段性的成果.     

基于XML的用户界面动态生成框架的设计与实现

分析了传统用户界面开发存在的问题,提出了基于XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)的用户界面动态生成框架.用XML文档来描述界面信息,通过解析XML动态生成界面控件,再将控件插入到网页中的特定位置,从而动态生成用户界面.该框架降低了界面开发的繁复性,提高了开发效率.     

一种三维界面的移动终端交互技术

提出一种基于三维界面的移动终端交互技术.给出了其总体结构,XML数据格式描述,客户端解决方案,并对其性能进行了实验验证.该技术充分考虑了移动终端固有的限制和现有的无线技术发展趋势,采用了三维界面作为用户交互的主要方式,提高了手机应用的交互友好性.可以在大多数移动终端上使用,并能够支持多种应用类型.     

XMLWeb Services技术在工作流访问代理协同接口中的应用

目前的工作流系统与外部应用耦合性强,很大程度上限制了工作流系统进一步集成现有的应用程序.在基于web-services的协同工作流管理系统模型的基础上,在工作流引擎和外围应用之间建立访问代理机制,设计了一个基于XML技术的访问代理协作接口模型,解决了异构环境下业务协同的接口问题.该模型具有良好的互操作性、灵活性与可扩展性.     

基于XML的智能设计系统构造方法

提出了一种基于XML的智能设计系统构造方法并构建了相应的智能设计工具DEST.分析了现有的智能设计系统构造方法的不足,论述了XML语言的特性及其在知识表示、知识利用等方面的优势,提出了基于XML的智能设计系统构造方法的框架,并详细介绍了基于XML的面向对象的知识表示方法、基于XML的知识利用方法等重要支撑技术;介绍了基于上述方法开发的智能设计工具DEST的体系结构及各组成部分的功能,并通过对该系统的性能分析验证了基于XML的智能设计系统构造方法的有效性.