針對兩個常用的腦機(jī)接口（brain computer interfacing,BCI）競賽運(yùn)動想象任務(wù)腦電數(shù)據(jù)集——2003Ⅲ和2005Ⅲa,分類識別率差異較大的問題,結(jié)合運(yùn)動想象腦電信號的生理基礎(chǔ),從信號噪聲、受試者反應(yīng)程度和C3、C4通道信號能量差異三個方面對兩個數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明:與2005Ⅲa數(shù)據(jù)集相比,2003Ⅲ數(shù)據(jù)集信噪比較高,受試者對運(yùn)動想象任務(wù)的反應(yīng)更明顯,并且C3C4通道的信號能量差異趨勢更標(biāo)準(zhǔn),解釋了對2003Ⅲ數(shù)據(jù)集的識別率普遍高于2005Ⅲa數(shù)據(jù)集這一現(xiàn)象,說明這三個因素是影響識別率的主要因素。研究為運(yùn)動想象腦電數(shù)據(jù)有效性分析以及提高基于腦電的運(yùn)動想象識別率提供了新的思路。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

數(shù)據(jù)集2003 Ⅲ實(shí)驗(yàn)范式

2005年BCI競賽數(shù)據(jù)集Ⅲa是四類(左手、右手、腳和舌頭)運(yùn)動想象腦電數(shù)據(jù)集。該實(shí)驗(yàn)共有三名受試者,分別被標(biāo)記為k3b、k6b、l1b,其中k3b受試者每類進(jìn)行90次試驗(yàn);k6b和l1b受試者每類進(jìn)行60次試驗(yàn)。每次試驗(yàn)采集的時長為7 s,實(shí)驗(yàn)過程如圖2(a)所示,前2 s受試者處于靜息狀態(tài),第3 s系統(tǒng)發(fā)出蜂鳴提示受試者準(zhǔn)備,第4 s電腦屏幕上隨機(jī)顯示指向上、下、左、右的箭頭,受試者開始根據(jù)箭頭提示進(jìn)行想象舌頭、腳、左手或者右手運(yùn)動持續(xù)4 s,每次試驗(yàn)之間休息3.24 s。該數(shù)據(jù)集的腦電數(shù)據(jù)由60個通道組成,電極位置如圖2(b)所示。數(shù)據(jù)的采樣頻率為250 Hz,并經(jīng)過1～50 Hz濾波。由于需要對兩個數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比評估,因此對2005 Ⅲa數(shù)據(jù)集只選取左右手(類別1和類別2)運(yùn)動想象的數(shù)據(jù)。

兩個數(shù)據(jù)集中的腦電信號在時域內(nèi)是隨機(jī)非平穩(wěn)的,如圖3所示。因此基于運(yùn)動想象腦電信號的特點(diǎn),即ERD/ERS現(xiàn)象,通過Stockwell變換(簡稱S變換)將時域信號轉(zhuǎn)換到時頻域內(nèi),得到信號在不同頻率下的分量[12]。圖4為圖3中腦電信號經(jīng)過S變換在時頻域下的可視化特征圖,圖4中顏色亮的位置表示相應(yīng)時間和頻率的腦電信號的能量高,即ERS現(xiàn)象,反之,暗的地方能量低,即ERD現(xiàn)象[13]。由此,可以從時頻圖上直觀地看到每次試驗(yàn)?zāi)X電信號對任務(wù)的反應(yīng)程度。圖4 時頻域的運(yùn)動想象腦電信號


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