發(fā)布時(shí)間：2020-07-21 22:30

【摘要】：腦機(jī)接口(brain-computer interface,BCI)是不依賴于常規(guī)的外周神經(jīng)和肌肉組織的參與,在人腦與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間直接建立連接的一種新的通信系統(tǒng)。近年來(lái),基于視覺(jué)誘發(fā)電位(visual evoked potentials,VEP)的BCI研究變得越來(lái)越流行。在基于VEP的各種BCI模式中,基于編碼調(diào)制的VEP BCI(c-VEP BCI)具有可選擇的目標(biāo)數(shù)量多、信息傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)基于編碼調(diào)制的視覺(jué)BCI進(jìn)行了研究,提出了一個(gè)新的基于不同編碼分組調(diào)制的c-VEP BCI范式,可以大規(guī)模地增加刺激目標(biāo)的數(shù)量。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于c-VEP的多目標(biāo)腦機(jī)接口系統(tǒng),將刺激目標(biāo)數(shù)量增加到了64個(gè),并在之前研究的基礎(chǔ)上,對(duì)視覺(jué)刺激器的設(shè)計(jì)做出了改善。將目標(biāo)分為四組,采用不同編碼分組調(diào)制的方法對(duì)刺激目標(biāo)進(jìn)行調(diào)制,利用模板匹配法進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。共邀請(qǐng)了八位受試者參加了BCI實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)地分析,驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性和有效性。首先分析了四個(gè)參考模板信號(hào)的相關(guān)性,結(jié)果表明,本系統(tǒng)使用的四個(gè)調(diào)制編碼產(chǎn)生的刺激響應(yīng)(即c-VEP)信號(hào),具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性,使得組內(nèi)目標(biāo)和組間目標(biāo)都很容易區(qū)分。然后對(duì)單次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類識(shí)別,結(jié)果表明,該BCI系統(tǒng)的分類正確率為88.36%,而信息傳輸率高達(dá)184.6比特/分鐘,證明增加刺激目標(biāo)數(shù)量可以顯著提升系統(tǒng)的信息傳輸率。最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析,研究數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的選擇以及頻域和空域?yàn)V波對(duì)系統(tǒng)性能的影響,結(jié)果表明,使用一個(gè)刺激周期長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類識(shí)別可以得到最高的信息傳輸率;對(duì)原始的腦電(electroencephalography,EEG)信號(hào)進(jìn)行2~30Hz的帶通濾波,并且使用典型相關(guān)分析(canonical correlation analysis,CCA)方法優(yōu)化產(chǎn)生的空域?yàn)V波器,對(duì)多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行空域?yàn)V波,能夠大幅度提高c-VEP信號(hào)的信噪比,得到最高的分類識(shí)別率。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.7;R318
【圖文】：

圖 1.1 腦機(jī)接口的系統(tǒng)框圖采集模塊集是BCI系統(tǒng)的輸入模塊，是實(shí)現(xiàn)BCI系統(tǒng)功能非常關(guān)是利用腦電采集器采集大腦相關(guān)活動(dòng)的信號(hào)，并將采集波以及抽樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)信號(hào)的方式可以分為電極內(nèi)置式和電極外置式兩種采集是通過(guò)把采集信號(hào)的電極插進(jìn)大腦皮層以下來(lái)采集腦電的腦電信號(hào)精確度較高，而且噪聲小，信噪比高。但缺會(huì)導(dǎo)致電極的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，不能保證穩(wěn)定性，對(duì)大腦造成一定的損傷，存在安全隱患，在實(shí)際應(yīng)用中法是通過(guò)電極接觸大腦皮層采集頭皮表面的腦電信號(hào)，采集到的腦電信號(hào)信噪比不高，但優(yōu)點(diǎn)是便于采集、無(wú)被廣泛應(yīng)用。處理模塊

腦機(jī)接口ERP）是大腦對(duì)某種事件進(jìn)行信息加工 等人在 1965 年發(fā)現(xiàn)的 P300 是事件相種新奇事件刺激后的 250-450 毫秒內(nèi)電位，與外部刺激的物理屬性無(wú)關(guān)，沒(méi)的出現(xiàn)時(shí)刻是時(shí)間鎖定或相位鎖定的平均，可以增強(qiáng) P300 電位，而按照非會(huì)得到 P300 電位，這就是 P300 BCI計(jì)了基于 P300 的虛擬打字機(jī)[24]。如矩陣。這個(gè)矩陣按行或列依次閃爍，包是能夠誘發(fā)出 P300 的刺激目標(biāo)，通想要輸入的字符。它的優(yōu)點(diǎn)是使用者較高（約 60 bit/min）。

于外源性誘發(fā)響應(yīng)，需要通過(guò)視覺(jué)刺激來(lái)產(chǎn)生。視覺(jué)誘發(fā)電位腦機(jī)接口在各種腦機(jī)接口中具有較高的性能，一直以來(lái)都被廣泛關(guān)注，也是本文的主要研究?jī)?nèi)容。視覺(jué)誘發(fā)電位是指大腦在接受視覺(jué)刺激后所產(chǎn)生的特定電活動(dòng)。誘發(fā) VEP 的方式有很多種，例如閃爍刺激、圖形翻轉(zhuǎn)和顏色交替等。受到視覺(jué)刺激時(shí)視野中心能夠產(chǎn)生較大的 VEP，而視野邊緣產(chǎn)生的 VEP 比較小。此外注意力集中的目標(biāo)也可以產(chǎn)生更大的 VEP。因此人可以通過(guò)轉(zhuǎn)移目光或注意力來(lái)選擇刺激。如果采用不同的方式來(lái)調(diào)制各個(gè)視覺(jué)刺激，使得各個(gè)刺激所誘發(fā)的 VEP 特征有差異或不一致，那么我們可以通過(guò)對(duì)腦電的分析，來(lái)識(shí)別出所選擇的刺激�；� VEP 的 BCI 結(jié)構(gòu)框圖如圖 1.3 所示，最左邊的是一個(gè)視覺(jué)刺激器，有多個(gè)目標(biāo)排布在刺激器中的不同位置。這些目標(biāo)刺激屬性采用不同的方式進(jìn)行調(diào)制，從而使得他們所產(chǎn)生的 VEP 具有可分性。當(dāng)使用者通過(guò)目光移動(dòng)或者空間注意轉(zhuǎn)移，選擇某一個(gè)目標(biāo)時(shí)，所注視的目標(biāo)能夠誘發(fā)較強(qiáng)的 VEP�？梢酝ㄟ^(guò)腦電放大器在視覺(jué)皮層區(qū)域采集 EEG 信號(hào)，經(jīng)過(guò)特征提取和目標(biāo)識(shí)別可以識(shí)別出所注視的目標(biāo)，把腦電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂泼睢?

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡劍鋒;;未來(lái)不是夢(mèng)——腦機(jī)接口綜述[J];江西藍(lán)天學(xué)院學(xué)報(bào);2006年02期

2 張丹;陳菁菁;王毅軍;;2017年腦機(jī)接口研發(fā)熱點(diǎn)回眸[J];科技導(dǎo)報(bào);2018年01期

3 李佩tD;薛貴;;腦機(jī)接口的倫理問(wèn)題及對(duì)策[J];科技導(dǎo)報(bào);2018年12期

4 陳小剛;王毅軍;;基于腦電的無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口研究進(jìn)展[J];科技導(dǎo)報(bào);2018年12期

5 楊曉哲;;腦機(jī)接口離我們有多近[J];中國(guó)信息技術(shù)教育;2017年Z2期

6 ;腦機(jī)接口芯片用上玻璃碳電極[J];杭州化工;2017年01期

7 安興偉;曹勇;焦學(xué)軍;明東;;基于視聽(tīng)交互刺激的認(rèn)知機(jī)理與腦機(jī)接口范式研究進(jìn)展[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2017年07期

8 王偉;;腦機(jī)接口:打開(kāi)神經(jīng)控制的黑箱[J];中國(guó)經(jīng)濟(jì)報(bào)告;2017年09期

9 孫京誥;戚川;潘紅光;;基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)腦機(jī)接口設(shè)計(jì)[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年05期

10 楊智;;腦機(jī)接口信息傳輸研究取得新突破[J];科學(xué);2016年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李遠(yuǎn)清;;基于多模態(tài)腦機(jī)接口的意識(shí)檢測(cè)[A];第三屆全國(guó)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2016年

2 劉子榆;;腦機(jī)接口人體實(shí)驗(yàn)首度成功,它用50年把科幻電影變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)[A];《科學(xué)與現(xiàn)代化》2017年第1期（總第070期）[C];2017年

3 彬彬;;科學(xué)家警告:黑客可通過(guò)腦機(jī)接口監(jiān)控大腦神經(jīng)信號(hào)[A];《科學(xué)與現(xiàn)代化》2017年第1期（總第070期）[C];2017年

4 郭苗苗;徐桂芝;王磊;王江;;基于小波變換的聽(tīng)覺(jué)腦機(jī)接口特征信號(hào)分析[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第三十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

5 ;腦機(jī)接口數(shù)據(jù)競(jìng)賽[A];首屆全國(guó)功能神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)信息學(xué)研討會(huì)論文匯編[C];2003年

6 趙冰;肖亮;于丹;張國(guó)勝;杜喬;蓋振偉;徐碧云;;兩種腦機(jī)接口算法對(duì)比研究[A];第十二屆全國(guó)信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2018年

7 周鵬;趙欣;葛家怡;李寧;郁洪強(qiáng);王明時(shí);;基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)接口的個(gè)性化設(shè)計(jì)方法研究[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)2008年年會(huì)暨首屆生物醫(yī)學(xué)工程與臨床論壇論文集[C];2008年

8 賈文艷;趙香花;高小榕;高上凱;楊福生;;2003年腦機(jī)接口數(shù)據(jù)競(jìng)賽論文之五——想像左右手運(yùn)動(dòng)的單次腦電信號(hào)分類[A];首屆全國(guó)功能神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)信息學(xué)研討會(huì)論文匯編[C];2003年

9 S.西爾維希耶;;馬斯克的新公司Neuralink,到底是干啥的?[A];《科學(xué)與現(xiàn)代化》2018年第1期（總第074期）[C];2018年

10 何慶華;吳寶明;王禾;鐘渝;杜曉蘭;彭承琳;;瞬態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位在腦機(jī)接口中的實(shí)驗(yàn)研究[A];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第六次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 錢童心;修復(fù)人類記憶拼圖 “腦機(jī)接口”成為資本風(fēng)口[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2017年

2 本報(bào)記者 唐瑋婕;腦機(jī)接口 腦洞大開(kāi)[N];文匯報(bào);2018年

3 東南大學(xué)哲學(xué)與科學(xué)系 張學(xué)義 東南大學(xué)—蒙納士大學(xué)蘇州聯(lián)合研究生院 潘平平;腦機(jī)融合技術(shù)的應(yīng)用與審思[N];中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào);2018年

4 記者 寧佳彥 實(shí)習(xí)生 梁潤(rùn)豪;腦機(jī)接口昭示“賽博人”時(shí)代到來(lái)[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2018年

5 本報(bào)記者 吳衛(wèi)紅;腦機(jī)接口距離臨床有多遠(yuǎn)[N];健康報(bào);2017年

6 潘政;制腦權(quán)：戰(zhàn)爭(zhēng)制權(quán)的“皇冠”[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2017年

7 宋暉 羅蓉;“腦機(jī)接口”將帶來(lái)什么？[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2017年

8 趙先剛 國(guó)防大學(xué);腦控：認(rèn)知領(lǐng)域?qū)沟男路绞絒N];解放軍報(bào);2017年

9 記者 吳韜;腦機(jī)接口，開(kāi)啟“終極交互”[N];河北日?qǐng)?bào);2017年

10 南方日?qǐng)?bào)駐京記者 王騰騰 王詩(shī)X 策劃 李江萍;大腦直接寫字 皮膚直接聽(tīng)話[N];南方日?qǐng)?bào);2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 肖君;面向臨床應(yīng)用的腦機(jī)接口技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2018年

2 蘇億;多通道無(wú)線低功耗雙向腦機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2016年

3 王洪濤;混合腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 程明;基于腦電信號(hào)的腦—計(jì)算機(jī)接口的研究[D];清華大學(xué);2004年

5 毛大偉;分尺度復(fù)雜性及希爾伯特-黃變換在腦電分析中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2005年

6 劉伯強(qiáng);腦機(jī)接口分類算法及實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2005年

7 朱曉源;EEG腦機(jī)接口的連續(xù)預(yù)測(cè)方法研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

8 龍錦益;腦信號(hào)分析的算法研究與多模態(tài)腦機(jī)接口[D];華南理工大學(xué);2012年

9 周寅;運(yùn)動(dòng)型腦機(jī)接口中神經(jīng)元峰電位記錄與檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2017年

10 馬征;高性能視覺(jué)ERP腦機(jī)接口若干問(wèn)題研究[D];大連理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳懷煒;基于腦機(jī)接口的機(jī)械臂三維遙操作[D];華南理工大學(xué);2018年

2 劉曉聰;基于深度學(xué)習(xí)的SSVEP分類算法研究[D];華南理工大學(xué);2018年

3 陳濤;基于腦機(jī)接口的睡眠分期算法及應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2018年

4 劉勇慧;基于編碼調(diào)制的多目標(biāo)視覺(jué)誘發(fā)電位腦機(jī)接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D];南昌大學(xué);2018年

5 李宏偉;基于P300的腦機(jī)接口拼寫器的優(yōu)化與實(shí)踐[D];浙江大學(xué);2018年

6 方文W

本文編號(hào)：2764905