收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究

何庆华  
【摘要】: 脑机接口(brain-computer interface, BCI)是近十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是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,提高其生存质量。脑机接口技术在工业、航空、军事等领域也有潜在的应用价值。它正成为脑科学、康复工程、生物医学工程及人机自动控制研究领域的一个研究热点。目前,脑机接口的研究正处于发展阶段,现有的脑机接口系统还存在通讯速度低、效果不稳定等技术障碍。 本文开展了基于视觉诱发电位信号的脑机接口研究。视觉诱发电位是神经系统接受视觉刺激所产生的特定电活动,发生于特定的时间及特定的部位,相对比较容易检测,适合于脑机接口应用。只要使用者视觉功能正常,就可以利用视觉诱发电位信号实现脑机接口。采用该方法,使用者无需训练或只需少量训练。 目前,基于稳态视觉诱发电位的脑机接口技术已有研究。针对稳态视觉诱发电位用于脑机接口的局限性,本文首次提出并探索了采用瞬态视觉诱发电位实现脑机接口的方法。该方法是一种新的脑机接口技术,是对现有技术的一个有益补充。 基于视觉的基本特性,阐述了视觉诱发电位用于脑机接口的原理,并利用计算机软件编程的方式在计算机监视器上设计了脑机接口视觉刺激器。屏幕上多个闪烁的视觉刺激模块代表脑机接口的多种可能选择,受试者通过注视其中一个模块,作出选择或控制。本文提出了一种新的同频次复合刺激方法,当屏幕上同时存在多个刺激模块时,该方法能提高刺激效率,特别适于瞬态诱发电位脑机接口应用。 利用双计算机和Active One生理信号测量系统建立了一个基于视觉诱发电位的脑机接口实验系统。本研究采用头皮电极记录枕部的皮层视觉诱发电位,该记录方式无创,容易被人接受。 本文研究了采用小波变换提取强噪声背景下视觉诱发电位的方法。根据诱发电位信号及背景噪声不同的时频分布特征,设计了小波时频滤波器,结合少量次的累加平均,可以有效地提高信噪比,实验结果表明,大约只需9-25次视觉刺激数据,就可以提取出波形特征显著的视觉诱发电位信号,有利于提高脑机接口的通讯准确性和速度。 本文提出了在小波变换域中特征向量的提取方法,该方法有效地实现了信号的去噪、降维和特征提取,是一种适合脑机接口应用的提取瞬态视觉诱发电位特征的方法。 WP=5 本文提出了三种产生脑机接口控制信号的方法: (1) 基于时域波形特征的信号识别方法; (2) 基于特征向量数量积的线性判别方法; (3) 基于神经网络的VEP模糊识别方法。 实验表明,采用小波变换域的特征向量以及基于神经网络的VEP模糊识别方法来识别视觉诱发电位,产生脑机接口的控制信号,是一种有效的并且易实现的适用于脑机接口的信号模式识别方法。 本文对刺激模块的颜色、大小、闪烁频率等不同因素对视觉诱发电位信号的影响进行了相关的实验研究,通过实验及理论分析,得出了对设计脑机接口视觉刺激器有参考价值的结论。 作者成功地开展了脑机接口实验。研究结果表明,采用本文提出的方法实现脑机接口,能够达到比较高的通讯速率。离线数据分析表明,当脑机接口实验有12个可选择的项目时,最高通讯速率超过每分钟40比特,而目前国际上的大多数脑机接口系统的最高通讯速率为每分钟10-25比特。实验证明了本文提出的脑机接口视觉刺激器及实验系统的设计是成功的,同时验证了作者所提出的视觉诱发电位信号的提取方法及识别方法的有效性。 综上所述,采用瞬态视觉诱发电位实现脑机接口的方法是切实可行的。本文提出的视觉刺激方法以及信号提取与识别算法,为最终实现脑机接口应用奠定了比较坚实的理论和实验基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 尹晶海;胡剑锋;;基于视觉诱发电位脑机接口浏览器的设计与应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2009年35期
2 何庆华;吴宝明;彭承琳;王禾;钟渝;;基于小波和神经网络的视觉诱发电位识别方法[J];仪器仪表学报;2007年06期
3 何庆华;石锐;王正国;吴宝明;冯正权;闫庆广;胥彪;;基于Labview和VC的脑机接口系统设计[J];中国医学物理学杂志;2010年01期
4 何庆华,彭承琳,吴宝明,朱凌云;小波变换在视觉诱发电位信号提取中的应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年06期
5 何庆华,彭承琳,吴宝明,王禾;基于视觉诱发电位的脑机接口实验研究[J];生物医学工程学杂志;2004年01期
6 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
7 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
8 杨帮华;颜国正;鄢波;;基于离散小波变换提取脑机接口中脑电特征[J];中国生物医学工程学报;2006年05期
9 肖贵贤;严伟;官金安;;探讨通道对视觉诱发电位单次提取精度的影响[J];中国医疗器械信息;2010年04期
10 李明爱;王蕊;郝冬梅;;想象左右手运动的脑电特征提取及分类研究[J];中国生物医学工程学报;2009年02期
11 王萍;杨静丽;万柏坤;;脑—机接口技术研究[J];医疗卫生装备;2007年11期
12 王新光;邹凌;段锁林;周仁来;;脑机接口技术的研究与进展[J];中国组织工程研究与临床康复;2008年39期
13 肖丹丹;官金安;肖贵贤;;一种基于DSP的脑机接口硬件系统设计[J];现代科学仪器;2009年02期
14 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
15 肖丹;王平;;能量熵在运动想象脑电信号分类中的应用[J];江西蓝天学院学报;2008年03期
16 何庆华;吴宝明;王禾;钟渝;伍亚舟;石锐;程光辉;;不同视觉刺激模式对视觉诱发电位的影响[J];中国康复医学杂志;2007年02期
17 张爱华;张新闻;;基于BP神经网络的左右手击键动作的意识任务识别[J];中国医学工程;2007年03期
18 赵均榜;张智君;;基于皮层诱发电位的脑机接口研究进展[J];航天医学与医学工程;2010年01期
19 师黎;钟丽辉;王端;;基于虚拟通道ICA-WT大鼠视觉诱发电位少次提取[J];中国生物医学工程学报;2010年03期
20 黄漫玲;吴平东;刘莹;毕路拯;;平滑伪Wigner-Ville分布在脑电信号提取中的应用[J];微计算机信息;2009年16期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 耿丽清;赵丽;元鹏贤;李宏伟;;基于双层稳态视觉诱发电位的脑机接口技术研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
2 何庆华;吴宝明;王禾;卓豫;;脑机接口视觉剌激方法实验研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
3 钱久超;夏斌;杨文璐;;基于P300诱发电位的脑机接口技术研究综述[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2010)暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年
4 张丽霞;杨佳;陈惠民;;糖尿病视网膜病变患者视觉诱发电位分析[A];全国第九次中医、中西医结合眼科学术年会论文汇编[C];2010年
5 陶霖密;穆煜;杨澍;张中元;马旭龙;;人-车交互系统的设计与实现[A];第18届全国多媒体学术会议(NCMT2009)、第5届全国人机交互学术会议(CHCI2009)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2009)论文集[C];2009年
6 岳鹏;苗丹民;邱玉辉;;一种眼动型脑机接口的设计原理[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集(下册)[C];2006年
7 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
8 王璐;吴小培;郭晓静;;基于动态独立分量分析的μ节律提取[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
9 杨代秀;尹同进;严国民;叶巍岭;吉海燕;;视觉诱发电位在早产儿视网膜病变中的应用研究[A];第六届全国优生科学大会论文汇编[C];2006年
10 陈薇;陈璇;陈慎仁;吴静珊;罗毅平;刘兴材;;2型糖尿病患者的诱发电位的研究——二、2型糖尿病患者视觉诱发电位的改变[A];中华医学会第六次全国内分泌学术会议论文汇编[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10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 龙锦益;脑信号分析的算法研究与多模态脑机接口[D];华南理工大学;2012年
3 朱丹华;基于稳态视觉诱发电位相位的脑机接口研究[D];浙江大学;2011年
4 吴婷;自发脑电脑机接口模式识别关键技术与实验研究[D];上海交通大学;2008年
5 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
6 苏煜;基于SCF范式的在线P300脑机接口研究[D];浙江大学;2010年
7 赵丽;基于脑电信号的脑-机接口技术研究[D];天津大学;2004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 冯菁菁;婴幼儿期和学龄前期早产儿视觉诱发电位研究[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 李勇昌;基于MPI并行框架的实时注意力监测脑机接口的研究与应用[D];兰州大学;2012年
5 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
6 周丽娜;基于脑磁图的脑机接口方法研究[D];燕山大学;2011年
7 章怀坚;基于大鼠的植入式脑机接口神经信号处理方法研究[D];浙江大学;2011年
8 王永;基于FPGA的脑机接口实时系统实现技术研究[D];重庆大学;2009年
9 王晶;基于小波分解的左右想象脑电特征分类研究[D];华东交通大学;2009年
10 王清波;基于信息压缩的无线植入式脑机接口中算法及系统研究[D];浙江大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 孙燕燕;洪波:脑机接口传递思维[N];北京科技报;2010年
2 环科;意念移物-脑机接口技术演绎科技神话[N];福建科技报;2008年
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
6 猛犸;可见的大脑“意念控制”[N];电脑报;2009年
7 徐娜;神奇发带为大脑做体检[N];大众科技报;2010年
8 清水 编译;超人并非遥不可及[N];计算机世界;2010年
9 记者 刘正午;贺斌:站在读脑技术前沿[N];医药经济报;2010年
10 ;人脑能与电脑直接相连吗?[N];上海科技报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978