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《天津大学》 2004年
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基于脑电信号的脑-机接口技术研究

赵丽  
【摘要】:很多种神经肌肉紊乱都会阻断大脑与外界环境的信息交换及对其的控制通道。这些紊乱,包括肌萎缩性侧枝硬化症(也就是ALS或称Lou Gehrig氏病)、多硬化症、脑瘫痪和脊髓损伤,阻断或削弱脊髓和脑干中用于控制运动神经并进而产生运动的传导通路。多硬化症和脊髓损伤病人仅在美国就超过60万人,而脑瘫痪、退化和中风病人就更多。现代的维持生命技术可以使其中最严重的病人也能活很长时间,因此这些瘫痪病人对个人、社会和经济的负担都是长久且严重的。在没有修复损伤的神经系统方法的情况下,可供选择的恢复功能办法有三种。第一种是增强现存传导通路的能力;第二种是绕过受损伤的点;第三种是为大脑提供全新的信息交换与控制通道。 最近的研究显示,脑电 (Electroencephalogram ,EEG) 活动可以提供这种新通道的基础。脑电活动是由大脑产生的电活动,可以从头皮或大脑皮层记录到。基于EEG的信息交换方法的探索就是试图将EEG或它的某些分量转化为一种新的输出通道,通过它大脑能够与外界进行信息交换与控制。 脑-计算机接口(Brain Computer Interfaces,BCI)技术是不依赖于正常脑外周神经和肌肉的响应通道的人脑与计算机交流和控制通道。 目前的BCI技术主要致力于为思维正常但运动功能残缺的人提供新型的弥补功能和对外信息交流手段。在过去的十年中BCI技术研究迅速发展,主要集中在以头皮脑电记录的脑电活动或脑内单个电极记录的皮层脑电信号活动为基础的新控制技术。 针对目前BCI研究的现状,本文进行了如下几个方面的研究。 (1) 建立了基于LabVIEW软件平台的脑电信号采集系统,设计了利用脑电α波实时控制电动小车的BCI实验装置,通过模拟和实时实验证明了设计的合理性和实用性,初步实现了基于计算机信号采集平台的简单BCI实时系统,为将来实现其它脑电信号采集和控制方式的BCI系统打下了基础。 设计了Oddball 刺激程序及诱发电位P300实验方案,对实验所采集到 含有诱发电位信号的EEG数据进行了预处理和模式识别方法的研究,初步建立了基于诱发电位P300的BCI系统的信号采集与处理模型;分别比较了独立分量分析、小波变换等信号预处理,相干平均、峰值拾 WP=3 取、区域法及互相关分析等模式识别,以及P300少次提取等方法的效果,取得了宝贵的研究经验,尤其是诱发电位的少次提取对于实现实时BCI系统具有重要的意义,为将来实现基于诱发电位P300的实时BCI系统打下了坚实的基础。 本文研究的主要创新性体现在: 1.建立了基于LabVIEW软件平台的实时脑-机接口系统,利用EEG的α波 实现了对外部设备的实时控制。 2.设计了Oddball 刺激程序及诱发电位P300实验方案,建立了基于诱发电位P300的BCI系统初型。 3. 对实验所采集到含有诱发电位信号的EEG数据进行了预处理和模式识别方法的研究,初步建立了基于诱发电位P300的BCI系统的信号采集与处理模型,为实现基于诱发电位P300的实时BCI系统打下坚实的基础。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:R318.0

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 程龙龙;BCICFES重建运动神经系统的信号处理与控制关键技术研究[D];天津大学;2010年
2 周鹏;基于运动想象的脑机接口的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王丽佳;基于BCI多动作模式的ERD/ERS信号分析及识别方法的研究[D];南昌大学;2010年
2 吴浩浩;眼动辅助下的脑电信号手部动作识别研究[D];杭州电子科技大学;2011年
3 涂建成;脑电信号控制智能轮椅的研究[D];杭州电子科技大学;2011年
4 刘延刚;前额脑电与血氧信息融合的人—机交互装置研究[D];天津大学;2010年
5 梁爽;基于3D视觉刺激器的BCI系统的设计与实现[D];重庆大学;2011年
6 马登程;基于实时嵌入式系统的脑电信号采集仪器设计[D];山东大学;2006年
7 张振旺;脑机接口中想象运动分类算法的研究[D];山东大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 张兵;;不同模态振型在梁结构裂缝识别中的差异[J];安徽建筑;2010年02期
8 张纪全,刘桂芹,胡延霞,李伟,朱树干;自制脑伤合剂治疗外伤性痴呆临床观察[J];中医药临床杂志;2005年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 王重阳;彭圆;张风珍;牟林;;CWT奇异值在水中目标回波信号特征提取中的应用[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
4 何正嘉;訾艳阳;陈雪峰;王晓冬;;内积变换原理与机械故障诊断[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
5 段培超;;基于小波变换和CB形态学的航空图像边缘检测[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
6 林梓;宋鹏;;基于小波变换的1/f类分形信号的噪声抑制[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
7 刘东辉;孙晓云;孙会琴;郭立炜;;一种有效去除测量噪声的新方法[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
8 许涛;朱林剑;包海涛;;基于思维脑电信号的假手的研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
9 赵慧;李远清;;脑-机接口技术研究概况[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
10 赵丽;万柏坤;高扬;;基于脑电信号α波的电动小车控制系统研究[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹玮;荧光分子断层图像的重建技术研究[D];苏州大学;2010年
2 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
3 张峰;输电线路行波故障测距优化算法研究[D];山东大学;2010年
4 赵鹏;离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现[D];华北电力大学(北京);2011年
5 刘劲;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];华中科技大学;2011年
6 李鹏辉;基于图像处理技术和小波方法的结构损伤识别[D];华中科技大学;2011年
7 张海波;具象思维作业的脑电空间与频域特征研究[D];北京中医药大学;2011年
8 彭俊;黄河水沙变化过程及其三角洲沉积环境演变[D];华东师范大学;2011年
9 唐懿文;计算机视频泄漏信号监测平台研究[D];华东师范大学;2011年
10 徐晓东;基于CCSDS IDC星载图像压缩算法的FPGA实现技术[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨焱麟;基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究[D];山东科技大学;2010年
2 赵奇;医学超声图像三维重建算法研究[D];山东科技大学;2010年
3 钟丽辉;SD大鼠闪光视觉诱发电位的少次提取和神经元放电的初步研究[D];郑州大学;2010年
4 吴国曾;实时信号小波分析中边界处理方法及应用[D];郑州大学;2010年
5 吴敏;基于AdaBoost和独立分量分析的人脸检测与识别算法的研究[D];郑州大学;2010年
6 李海燕;体外自动除颤仪心电信号处理方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 解保忠;计算机在矽肺病早期诊断及预测中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 李惠;稳定分布盲分离方法及应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 朱明;基于信息熵的导航传感器故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 杨维洲;基于数学形态学和亚像素提取的图像检测算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程明,高上凯,张琳;基于脑电信号的脑—计算机接口[J];北京生物医学工程;2000年02期
2 朱洪俊;心电信号零相位数字滤波[J];北京生物医学工程;2003年04期
3 万柏坤,杨建刚,綦宏志,刘庆凯,赵丽;基于扩展Infomax ICA的ERP少次提取方法研究[J];北京生物医学工程;2005年04期
4 杨帮华,颜国正,丁国清,于莲芝;脑机接口关键技术研究[J];北京生物医学工程;2005年04期
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6 黄思娟;吴效明;;基于能量特征的脑电信号特征提取与分类[J];传感技术学报;2010年06期
7 李凌;尧德中;刘铁军;赵丽娜;;刺激前后脑电α波相位重排现象研究[J];电子科技大学学报;2006年01期
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10 田建君;基于USB接口的移动式脑电信号数据采集系统[J];电子产品世界;2004年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 何庆华;基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究[D];重庆大学;2003年
2 伍亚舟;基于想象左右手运动思维脑电BCI实验及识别分类研究[D];第三军医大学;2007年
3 唐艳;基于时间、频率和空间域的自发脑电信号提取[D];中南大学;2008年
4 王磊;基于运动想象的脑电信号分类与脑机接口技术研究[D];河北工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李亚飞;基于脑电信号的假手控制方法研究[D];杭州电子科技大学;2009年
2 高扬;基于脑电Alpha波的脑-机接口系统设计[D];天津大学;2004年
3 姜波;多自由度智能假手控制系统的研究[D];大连理工大学;2005年
4 李鹏;独立分量分析与支持向量机在人脸识别技术中的应用研究[D];青岛科技大学;2005年
5 彭博;基于Hilbert-Huang变换和支持向量机的生物电信号的分析研究[D];浙江大学;2006年
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7 杨晶晶;基于肌电信号的人体上肢动作辨识与轨迹预测方法研究[D];天津大学;2006年
8 陈滨津;基于想象动作电位的BCI系统设计与实验研究[D];天津大学;2005年
9 陈一贤;HHT方法分析[D];浙江大学;2007年
10 易振华;运动想象脑电信号的分析与处理方法研究[D];北京交通大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 赵丽;郭旭宏;;基于运动想象的脑电信号功率谱估计[J];电子测量技术;2012年06期
2 贾俊伟;;基于SOPC的脑电信号实时处理[J];电子设计工程;2012年09期
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4 王学民;陈芳;郁洪强;周鹏;;基于极低频磁刺激的大脑谐振效应[J];天津大学学报;2011年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 贾文川;四足机器人脑机协作导航与规划[D];华中科技大学;2011年
2 郭晓静;独立分量分析在脑—机接口中的应用研究[D];安徽大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李芳;脑机接口中脑电信号特征提取及分类算法研究[D];大连理工大学;2010年
2 陈魁;CSP算法在多任务下的扩展及在脑—机接口中的应用[D];南昌大学;2010年
3 刘辉;基于视觉诱发的P300脑电信号处理算法研究[D];广东工业大学;2011年
4 白艳茹;用于生物特征识别的多范式诱发脑电个体差异性研究[D];天津大学;2012年
5 席友缘;多模式手部运动想象下的经颅磁刺激运动诱发电位研究[D];天津大学;2012年
6 曾红梅;情绪图片视觉诱发EEG特征提取与分析[D];天津大学;2012年
7 孙建涛;一种小型脑电信号采集系统的设计与研究[D];山东科技大学;2011年
8 王艳景;基于运动想象的脑—机接口关键技术研究[D];山西大学;2011年
9 黄安湖;P300脑电诱发电位的分类识别及在脑机接口中的应用[D];山东大学;2008年
10 张育俊;嵌入式256导联脑电图机系统设计[D];广东工业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐宁寿,张建华,杨红,潘映辐,铁艳梅;错相刺激策略用于诱发脑电信号的增强──提取视觉诱发脑电信号的新方法之一[J];北京工业大学学报;2000年03期
2 徐宁寿,张建华,杨红,潘映辐,铁艳梅;DTS-AMS型神经网络用于自发脑电信号残部的外推估计──提取视觉诱发脑电信号的新方法之二[J];北京工业大学学报;2000年03期
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6 何振亚,杨绿溪,鲁子奕;非线性Infomax自组织算法的盲源分离机理[J];数据采集与处理;1998年04期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 肖贵贤;陈亚光;官金安;肖丹丹;;基于小波变换和BP神经网络的视觉诱发电位识别[J];中国医疗器械信息;2008年12期
2 肖贵贤;陈亚光;官金安;肖丹丹;;基于小波变换和BP神经网络的视觉诱发电位识别[J];现代科学仪器;2008年06期
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6 沈广泽;司峻峰;宁新宝;;一种用于脑机接口的模式识别方法[J];北京生物医学工程;2007年06期
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10 喻廉,牛朝诗,傅先明;肌电、诱发电位术中监测原理及临床应用[J];立体定向和功能性神经外科杂志;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄华品;车春晖;郑安;江芳;庄晓芸;刘楠;;多种诱发电位检测对帕金森病早期诊断价值[A];中华医学会第七次全国神经病学学术会议论文汇编[C];2004年
2 马骥;龙春富;;应用嗅诱发电位对人嗅神经损伤进行鉴定的可行性探讨[A];全国第六次法医学术交流会论文摘要集[C];2000年
3 孟照莉;郑芸;陶勇;孟娟;胥科;王恺;;听觉稳态诱发电位阈值的正常值研究[A];中华医学会第十次全国耳鼻咽喉-头颈外科学术会议论文汇编(下)[C];2007年
4 史璐;张永琴;刘静;张燕;;显微外科诱发电位下行听神经瘤切除术护理体会[A];中华护理学会2009全国神经内、外科护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2009年
5 陶拓宇;胡学强;李津;陆正齐;郭怡菁;;多发性硬化智能障碍诱发电位研究[A];第四次全国中西医结合神经系统疾病学术研讨会论文集[C];2002年
6 李章勇;陆杰;孟立;徐晓红;向天雨;马厚勋;谢正祥;;基于多分辨分析和连续小波变换提取和分析兔体感诱发电位[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
7 刘京华;尤仲敏;俞善纯;;诱发电位在小儿脑瘫诊断中的应用价值分析[A];第三届全国儿童康复学术会第十届全国小儿脑瘫学术研讨会论文汇编[C];2008年
8 王颖婷;;浅析喉神经损伤时的喉诱发电位[A];华东六省一市耳鼻咽喉-头颈外科学术会议暨2008年浙江省耳鼻咽喉-头颈外科学术年会论文汇编[C];2008年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 本报记者 马文方;脑机接口:互联网遥远的疆界[N];中国计算机报;2010年
4 本报记者 罗朝淑;脑机接口:唤起神经康复的新希望[N];科技日报;2011年
5 实习生 陈明立;脑机接口,开启“心灵感应”时代[N];科技日报;2010年
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7 徐娜;神奇发带为大脑做体检[N];大众科技报;2010年
8 吴加录;胡启恒:科技界需要润物细无声[N];中国计算机报;2006年
9 陈瑜唐婷;让计算机会看、会听、会说、会思考[N];科技日报;2007年
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4 何庆华;基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究[D];重庆大学;2003年
5 官金安;脑—机接口及其信号的单次提取[D];华中科技大学;2005年
6 朱晓源;EEG脑机接口的连续预测方法研究[D];中国科学技术大学;2007年
7 苏煜;基于SCF范式的在线P300脑机接口研究[D];浙江大学;2010年
8 王鹏;脑机接口中植入式无线遥控遥测技术的研究[D];浙江大学;2012年
9 程明;基于脑电信号的脑—计算机接口的研究[D];清华大学;2004年
10 刘云鹏;电力变压器局部放电的电气定位及诊断[D];华北电力大学(河北);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐江;基于实时脑机接口的无线遥控车系统[D];重庆大学;2010年
2 刘家乐;基于稳态视觉诱发电位的脑机接口系统的设计与研究[D];安徽大学;2011年
3 曾翔;基于脑机接口技术的电视遥控系统研究与设计[D];电子科技大学;2011年
4 黄安湖;P300脑电诱发电位的分类识别及在脑机接口中的应用[D];山东大学;2008年
5 吕竟雷;基于支持向量机的P300脑电信号分类研究[D];西北工业大学;2005年
6 吴太银;基于瞬态视觉诱发电位的实时无线脑机接口系统的研究与设计[D];重庆大学;2010年
7 李芳;脑机接口中脑电信号特征提取及分类算法研究[D];大连理工大学;2010年
8 邓万昌;基于事件相关电位的脑机接口研究[D];北京交通大学;2009年
9 刘佳进;三维视觉刺激器在运动想象脑机接口中的应用研究[D];重庆大学;2010年
10 周丽娜;基于脑磁图的脑机接口方法研究[D];燕山大学;2011年
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