【摘要】：腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface, BCI)為癱瘓病人提供了一種與外界環(huán)境通訊的新途徑,在不依賴于正常的神經(jīng)肌肉連接通路的情況下,建立人腦與外界交流,將人腦的活動信息轉(zhuǎn)換成為直接對外部設(shè)備進(jìn)行控制的命令。基于腦電信號(EEG)的腦一機(jī)接口具有成本低、易于實現(xiàn)、無創(chuàng)等優(yōu)點,是當(dāng)前腦—機(jī)接口研究的主要方向。 基于腦電的腦-機(jī)接口系統(tǒng)范式設(shè)計,通常采用一種特征腦電信號作為輸入信號,但由于腦電信號具有各自的特點和局限性,使得系統(tǒng)性能存在一定的不足和缺陷。P300-Speller是采用P300特征作為輸入信號實現(xiàn)文字選擇輸入的經(jīng)典腦-機(jī)接口范式之一。傳統(tǒng)的P300-Speller采用行／列閃爍刺激的方式來誘發(fā)P300特征,并通過P300特征的識別和檢測來實現(xiàn)字符輸入,但這種方式存在-些問題：所有字符遍歷一遍閃爍次數(shù)較多,信息傳輸速率低,特征腦電信號信噪比低,本研究主要針對P300-Speller范式上述三方面問題來進(jìn)行改進(jìn),提出并設(shè)計了一種新式的基于多特征腦電信號并行模式聯(lián)合腦-機(jī)接口范式。具體研究工作分為兩個階段： 首先,提出了基于SSVEP和P300的聯(lián)合腦-機(jī)接口預(yù)實驗范式,即設(shè)計了一種3×3字符矩陣刺激模式。當(dāng)人眼注視矩陣中某一字符時,所在行的藍(lán)色框閃爍誘發(fā)了P300特征信號,字符列固定頻率閃爍誘發(fā)了SSVEP特征信號。因此受試者兩種腦電信號由空間行列相交的視覺刺激并行誘發(fā)出來,特征信號分布對應(yīng)目標(biāo)字符行-列刺激信息,通過對時域特征P300和頻域特征SSVEP信號處理和分析,從而達(dá)到識別目標(biāo)字符的目的。通過對實驗采集腦電數(shù)據(jù)中兩種特征腦電信號進(jìn)行初步分類分析,本階段結(jié)果驗證了該范式設(shè)計和多特征信號處理的可行性。與傳統(tǒng)P300-Speller范式對比,這種范式模型采用不同的行/列刺激方式,字符遍歷一遍所需的閃爍次數(shù)減少了一半,從而提高了閃爍刺激效率 從實用角度出發(fā),提高待選字符信息量,在預(yù)實驗范式基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于6×6的字符拼寫腦-機(jī)接口范式,此外將6種顏色作為視覺刺激增強(qiáng)因素引入行框架刺激中,腦電數(shù)據(jù)離線分析結(jié)果表明當(dāng)人眼主動注視某一字符時,行顏色框架刺激誘發(fā)了多種事件相關(guān)電位成分ERPs (P300和N200),列固定頻率誘發(fā)了SSVEP。為檢驗誘發(fā)特征信號分類效果,本文利用并設(shè)計了支持向量機(jī)模型,對ERPs特征進(jìn)行分類識別；對SSVEP特征分類,采用頻域特征分析方法對腦電信號目標(biāo)頻率進(jìn)行識別,最終通過行列交叉來確定目標(biāo)字符。字符識別結(jié)果表明在聯(lián)合范式中字符識別正確率優(yōu)于傳統(tǒng)的P300的拼寫范式,信息傳輸速率(ITR)明顯提高,最高可達(dá)35bit/min。 研究結(jié)果表明,本文提出的新式并行閃爍刺激模式與經(jīng)典P300-Speller拼寫范式相比,新范式能夠減少一半閃爍刺激時間,從根本上提高了腦-機(jī)接口時間效率；并行閃爍刺激模式能夠同時誘發(fā)多種特征腦電信號,通過融合多種信息特征,增加腦電特征信息量,并配合先進(jìn)的信號提取和分類方法,在不降低字符識別正確率的基礎(chǔ)上,提高了拼寫范式系統(tǒng)信息傳輸速率,從而為腦-機(jī)接口范式的改進(jìn)和新系統(tǒng)范式的設(shè)計提供了一種理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2565465