【摘要】：腦-機(jī)接口技術(shù)為大腦與外部世界的信息交換提供了有效通路。腦-機(jī)接口技術(shù)發(fā)展迅速而且被應(yīng)用到了許多領(lǐng)域,例如機(jī)器人、智能輪椅和智能家居系統(tǒng)等�；谀X-機(jī)接口技術(shù)的智能家居系統(tǒng)研究最近受到了廣泛的關(guān)注。使用者可以通過腦-機(jī)接口技術(shù)從腦信號中提取指令用于控制智能家居,但長時(shí)間的操作將導(dǎo)致使用者出現(xiàn)疲勞,其會影響使用效果和用戶體驗(yàn)。此外,如何基于腦-機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)和提升智能家居系統(tǒng)的自主感知能力,實(shí)現(xiàn)用戶與智能家居的有效交互也是一個(gè)亟待解決的科學(xué)問題。本文針對上述問題,設(shè)計(jì)P300范式下腦-機(jī)接口實(shí)驗(yàn)界面,使用者通過注視激勵界面中的目標(biāo)圖片誘發(fā)得到ERP電位,通過對ERP電位的辨識可實(shí)現(xiàn)對電腦、電視機(jī)、電燈、窗簾,空調(diào)和熱水器的控制。采集多位被試在正常操作與疲勞操作狀態(tài)的腦電信號,研究發(fā)現(xiàn)疲勞會導(dǎo)致P300信號分類準(zhǔn)確率降低,即控制準(zhǔn)確率降低。在此基礎(chǔ)上,本文發(fā)展一種多元加權(quán)遞歸網(wǎng)絡(luò)理論,并針對不同被試在正常和疲勞狀態(tài)下從EEG信號中構(gòu)建加權(quán)腦網(wǎng)絡(luò),采用平均加權(quán)聚集系數(shù)和加權(quán)全局效率對生成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,揭示了腦控智能家居背景下的大腦疲勞機(jī)制,發(fā)現(xiàn)在疲勞狀態(tài)下加權(quán)聚集系數(shù)和加權(quán)全局效率均比正常狀態(tài)下更大,反映了疲勞狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)連通性更好,不同腦區(qū)的同步性更高,這從一定程度上說明了大腦在疲勞狀態(tài)下通過加強(qiáng)連通性與同步性以減小認(rèn)知負(fù)荷的疲勞機(jī)制。人機(jī)混合智能為人工智能的高級形式,為了實(shí)現(xiàn)人與家居系統(tǒng)的有效交互,本文發(fā)展多層有限穿越可視圖理論分析睡眠狀態(tài)下的EEG信號,實(shí)現(xiàn)對不同睡眠階段的自主探測。本文構(gòu)建了對應(yīng)于清醒、淺睡眠和慢波睡眠三種生理狀態(tài)下的多層有限穿越可視圖網(wǎng)絡(luò),計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的聚集系數(shù)熵、平均節(jié)點(diǎn)介數(shù)、平均聚集系數(shù)、平均節(jié)點(diǎn)度值、全局效率、網(wǎng)絡(luò)傳遞性和平均邊界重疊7個(gè)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo),用于刻畫網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?在此基礎(chǔ)上,將提取的網(wǎng)絡(luò)測度指標(biāo)作為特征向量結(jié)合支持向量機(jī)實(shí)現(xiàn)對不同睡眠階段的監(jiān)測,識別準(zhǔn)確率可達(dá)到96.95%,表明本方法可以有效的辨識三種睡眠階段,提升智能家居系統(tǒng)的自主感知能力。
【圖文】：

圖 1-1 腦控系統(tǒng)組成 圖 1-2 一種典型的 ERP 信號[28]1.2.2 基于 ERP 的腦-機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀ERP 成分具有特征信號明顯、可辨識度高的優(yōu)點(diǎn)，而且獲取清晰的 ERP 成分僅需要少次訓(xùn)練，加之 ERP 波形主要以時(shí)域信號為主，無須經(jīng)過特定的變換而辨識速度快，因此 ERP 成分被廣泛應(yīng)用于腦控系統(tǒng)之中。Iturrate 等人[29]為被試構(gòu)建與實(shí)際環(huán)境對應(yīng)的虛擬環(huán)境，并在該虛擬環(huán)境中設(shè)置閃爍的光點(diǎn)來誘發(fā)ERP 電位，當(dāng)被試注視某個(gè)光點(diǎn)時(shí)，現(xiàn)實(shí)中的智能輪椅依靠導(dǎo)航系統(tǒng)行駛到實(shí)際環(huán)境中與該點(diǎn)對應(yīng)的位置。之后，該團(tuán)隊(duì)再把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到移動機(jī)器人之上[30]，將機(jī)器人的期望行動圖標(biāo)設(shè)計(jì)為視覺激勵，使得被試對象既可以通過選擇目標(biāo)位置點(diǎn)來移動機(jī)器人，又可以直接注視機(jī)器人行動圖標(biāo)直接控制機(jī)器人的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等操作，進(jìn)而增強(qiáng)了基于 BCI 的機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性。He 等人[31]利用P300 大腦開關(guān)來控制智能輪椅，被試通過注視界面上的目標(biāo)激勵按鈕誘發(fā) P300

圖 1-1 腦控系統(tǒng)組成 圖 1-2 一種典型的 ERP 信號[28]1.2.2 基于 ERP 的腦-機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀ERP 成分具有特征信號明顯、可辨識度高的優(yōu)點(diǎn)，而且獲取清晰的 ERP 成分僅需要少次訓(xùn)練，加之 ERP 波形主要以時(shí)域信號為主，無須經(jīng)過特定的變換而辨識速度快，因此 ERP 成分被廣泛應(yīng)用于腦控系統(tǒng)之中。Iturrate 等人[29]為被試構(gòu)建與實(shí)際環(huán)境對應(yīng)的虛擬環(huán)境，并在該虛擬環(huán)境中設(shè)置閃爍的光點(diǎn)來誘發(fā)ERP 電位，當(dāng)被試注視某個(gè)光點(diǎn)時(shí)，現(xiàn)實(shí)中的智能輪椅依靠導(dǎo)航系統(tǒng)行駛到實(shí)際環(huán)境中與該點(diǎn)對應(yīng)的位置。之后，，該團(tuán)隊(duì)再把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到移動機(jī)器人之上[30]，將機(jī)器人的期望行動圖標(biāo)設(shè)計(jì)為視覺激勵，使得被試對象既可以通過選擇目標(biāo)位置點(diǎn)來移動機(jī)器人，又可以直接注視機(jī)器人行動圖標(biāo)直接控制機(jī)器人的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等操作，進(jìn)而增強(qiáng)了基于 BCI 的機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性。He 等人[31]利用P300 大腦開關(guān)來控制智能輪椅，被試通過注視界面上的目標(biāo)激勵按鈕誘發(fā) P300
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318;O157.5

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本文編號：2605854