本文關(guān)鍵詞：基于視覺雙特征的并行腦—機(jī)接口范式的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：腦-機(jī)接口這一概念在二十世紀(jì)七十年代被首次提出,至今已有幾十年的發(fā)展歷史。從最開始的旨在幫助殘疾人或嚴(yán)重神經(jīng)肌肉受損而生活不能自理的人重新建立與外界的正常交流,到如今的多元領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用,如在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、娛樂領(lǐng)域、特殊作業(yè)領(lǐng)域及生物身份識別領(lǐng)域等等。傳統(tǒng)腦-機(jī)接口系統(tǒng)僅采用單一的腦電信號作為輸入信號,常常存在一定的缺陷和不足,如在傳統(tǒng)的P300speller中,系統(tǒng)需要遍歷所有行列刺激才能最終確定所選字符,存在傳輸速率低、執(zhí)行效率差等問題。聯(lián)合腦-機(jī)接口就是將不同類型的腦-機(jī)接口相結(jié)合,或在一種腦-機(jī)接口的基礎(chǔ)上加入其他控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)混合控制方式,它與傳統(tǒng)單一的腦-機(jī)接口系統(tǒng)相比,能在多任務(wù)情況下提高執(zhí)行效率,因此本文提出了一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)和運(yùn)動起始視覺誘發(fā)電位(MVEP)的并行腦-機(jī)接口范式。刺激范式為一種新型的3*3字符矩陣,使其縱列矩陣方框內(nèi)的豎條按照同一頻率閃爍以誘發(fā)SSVEP,橫行方框內(nèi)豎條按行隨機(jī)運(yùn)動以誘發(fā)MVEP。8位被試者參與了聯(lián)合范式和單一的基于MVEP的范式實(shí)驗(yàn),并從時域、頻域和時-頻域上對其進(jìn)行了特征分析。聯(lián)合范式下,通過對各導(dǎo)聯(lián)采集到的腦電信號經(jīng)過多次疊加平均,發(fā)現(xiàn)時域上頂顳葉區(qū)的MVEP的特征成分N200電位在靶刺激出現(xiàn)后的200ms左右被明顯的誘發(fā)出來,并作不同時刻的腦地形幅值圖發(fā)現(xiàn)聯(lián)合范式在300ms左右較單一范式還誘發(fā)了明顯的P300,同時比較聯(lián)合范式與單一范式N200的潛伏期,發(fā)現(xiàn)聯(lián)合范式N200的潛伏期明顯延長(P0.05);采用周期圖法對枕區(qū)導(dǎo)聯(lián)在頻域上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,發(fā)現(xiàn)明顯誘發(fā)了與目標(biāo)字符閃爍頻率對應(yīng)的SSVEP,枕區(qū)導(dǎo)聯(lián)的幅值隨著離Oz導(dǎo)聯(lián)距離的增加而降低;對Oz導(dǎo)聯(lián)上獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行短時傅里葉變換,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)被試者誘發(fā)腦電的頻率隨著時間變化保持不變且不間斷,但其中有2位被試者出現(xiàn)了SSVEP阻斷的現(xiàn)象,為了進(jìn)一步驗(yàn)證運(yùn)動刺激的出現(xiàn)是否會對SSVEP的誘發(fā)起到抑制作用,采用典型相關(guān)分析方法對枕區(qū)信號進(jìn)行處理,結(jié)果表明當(dāng)運(yùn)動刺激出現(xiàn)時,枕區(qū)腦電信號與刺激頻率的相關(guān)系數(shù)ρ值小于運(yùn)動刺激不出現(xiàn)時,驗(yàn)證了運(yùn)動刺激的出現(xiàn)會在一定程度上抑制SSVEP的誘發(fā),但這一特性個體差異較大。最后對兩種范式得到的腦電信號利用支持向量機(jī)進(jìn)行分類,分別計算分類正確率和信息傳輸速率。結(jié)果顯示,聯(lián)合范式在分類正確率及信息傳輸速率上均優(yōu)于單一范式,并且選擇次數(shù)2次以上,聯(lián)合范式的平均正確率提高了3%以上,當(dāng)相同目標(biāo)字符刺激重復(fù)3次以上,數(shù)據(jù)平均后,聯(lián)合范式的正確率達(dá)90%以上,聯(lián)合范式的最高ITR達(dá)40bit/min。研究結(jié)果表明,這種新型的聯(lián)合腦-機(jī)接口范式并行的刺激方式能同時有效的誘發(fā)多種特征腦電信號,并且對采集到的腦電信號在時域上提取目標(biāo)字符所在位置的行信息,在頻域上提取列信息,通過分類器對特征信號進(jìn)行識別最終確定了目標(biāo)字符的位置,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別。與單一的基于MVEP的范式相比,有效的節(jié)約了刺激誘發(fā)時間,提高了系統(tǒng)的信息傳輸速率,為構(gòu)建更為實(shí)用的聯(lián)合腦-機(jī)接口提供了一種理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：聯(lián)合腦-機(jī)接口 N200 SSVEP 支持向量機(jī) 典型相關(guān)分析
【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】：2015
【分類號】：TN911.7;R338.3
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 一、緒論10-17
• 1.1 腦-機(jī)接口技術(shù)10-13
• 1.1.1 腦-機(jī)接口的定義10-11
• 1.1.2 腦-機(jī)接口的分類11-12
• 1.1.3 腦-機(jī)接口的應(yīng)用12-13
• 1.2 基于視覺誘發(fā)電位的腦-機(jī)接口研究13
• 1.3 基于事件相關(guān)電位的腦-機(jī)接口的研究13-14
• 1.4 基于多特征EEG的聯(lián)合腦-機(jī)接口研究14-15
• 1.5 論文目的和內(nèi)容15-17
• 二、基于視覺雙特征的聯(lián)合腦-機(jī)接口范式研究17-39
• 2.1 N200的研究17-19
• 2.2 SSVEP視覺誘發(fā)電位的研究19-20
• 2.3 基于N200和SSVEP的聯(lián)合腦機(jī)20
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法20-24
• 2.4.1 視覺刺激模式21-22
• 2.4.2 受試者的選擇和要求22-23
• 2.4.3 信號的采集23
• 2.4.4 信號預(yù)處理23-24
• 2.4.5 目標(biāo)字符識別策略24
• 2.5 N200特征的提取24-25
• 2.5.1 疊加平均技術(shù)24-25
• 2.6 SSVEP特征的提取25-27
• 2.6.1 短時傅立葉變換25-26
• 2.6.2 典型相關(guān)分析26-27
• 2.7 分類方法——支持向量機(jī)分類27-30
• 2.8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果30-39
• 2.8.1 N200波形特征30-32
• 2.8.2 SSVEP識別32-33
• 2.8.3 時頻特性33-36
• 2.8.4 字符識別36-37
• 2.8.5 信息傳輸速率37-39
• 三、結(jié)論與討論39-41
• 3.1 結(jié)論39-40
• 3.2 討論40-41
• 四、總結(jié)與展望41-44
• 4.1 全文工作總結(jié)41-42
• 4.2 未來工作展望42-44
• 參考文獻(xiàn)44-50
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明50-51
• 綜述 視覺誘發(fā)電位腦-機(jī)接口的研究進(jìn)展51-63
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 致謝63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 萬柏坤,高揚(yáng),趙麗,綦宏志;腦-機(jī)接口:大腦對外信息交流的新途徑[J];國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊;2005年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭飛;基于運(yùn)動起始視覺響應(yīng)和認(rèn)知正相晚成分的腦-機(jī)接口[D];清華大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：基于視覺雙特征的并行腦—機(jī)接口范式的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：281864