腦-機接口系統(tǒng)（Brain-computer Interface,BCI）將大腦或神經(jīng)系統(tǒng)與計算機連接,以達(dá)到不需要肌肉組織而直接進行通信的目的。視覺刺激器是基于視覺誘發(fā)電位（Steady-state Visual Evoked Potentials,SSVEP）腦-機接口系統(tǒng)的重要組成部分,它通過固定頻率的閃爍或周期性變換的視覺刺激,誘發(fā)大腦皮層的電位活動,再將信號通過處理產(chǎn)生通信所需的控制信號。視覺刺激信號的穩(wěn)定性對腦-機接口系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。近年來,隨著腦-機接口系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴大,對便攜式、低成本的視覺刺激器電路提出了需求。本文首先針對視覺刺激器體積大的缺點,提出了利用現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array,FPGA）實現(xiàn)視覺刺激器的設(shè)計方案。該方案利用ARM和FPGA實現(xiàn)視覺刺激器的設(shè)計,并使用視頻圖形陣列（Video Graphics Array,VGA）接口實現(xiàn)在液晶顯示器（Liquid Crystal Display,LCD）顯示圖形刺激。軟件設(shè)計部分使用Verilog硬件描述語言,在Quartus-II15.0軟件平臺完成設(shè)... 

【文章來源】：重慶郵電大學(xué)重慶市

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

視覺刺激器和電極帽

重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章視覺刺激器與腦機接口系統(tǒng)的相關(guān)原理10大腦在正常情況下的腦電信號非常復(fù)雜，對腦電信號進行處理針對性的提取其中有規(guī)律或有特征的腦電信號，根據(jù)腦-機接口系統(tǒng)利用的腦電信號不同，可以對其分類：P300電位、慢波皮層電位、運動感知節(jié)律和視覺誘發(fā)電位[29]。P300電位產(chǎn)生的原理是，由特殊的視覺、聽覺或觸覺刺激后，延遲300毫秒產(chǎn)生一個正電位波形。通過檢測用戶的P300電位發(fā)生序列判斷使用者的意識活動，來達(dá)到進行選擇判斷的目的。圖2.3是基于P300的視覺刺激器范式。圖2.3基于P300的視覺刺激范式慢波皮層電位可以持續(xù)幾百毫秒到幾秒不等，他呈現(xiàn)出一種較大的負(fù)電位或正電位。使用者可以通過訓(xùn)練控制大腦的慢波電位變化。在大腦進行運動活動的時候，運動感知節(jié)律會發(fā)生變化。在進行運動的想象是也能誘發(fā)出運動感知節(jié)律的變化，利用這種方式設(shè)計的腦-機接口系統(tǒng)被稱為運動想象腦-機接口系統(tǒng)[30]。由視覺刺激誘發(fā)VEP信號的腦-機接口，可以根據(jù)頻率大小和腦電信號誘發(fā)原理可以分為穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口，同時還有瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位腦-機接口系統(tǒng)。2.2穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的相關(guān)理論2.2.1腦電信號的分類早在腦-機接口技術(shù)被提出之前，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了腦電信號，并對腦電信號進行了深入的研究。應(yīng)用在腦-機接口系統(tǒng)中的腦電信號可以按照腦電信號產(chǎn)生是自發(fā)性或誘發(fā)性來區(qū)分。自發(fā)性的腦電信號，不需要特殊事件的刺激，在不同意識活動下各節(jié)律的腦電信號活動狀態(tài)各不相同。如表2.1按照腦電信號的不同頻率段分類可

重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章視覺刺激器與腦機接口系統(tǒng)的相關(guān)原理15圖2.410-20標(biāo)準(zhǔn)電極放置法2.4.2導(dǎo)聯(lián)方式采集腦電信號使用的電極有兩類，一種是探測電極或稱作活性電極，一般安放在頭皮處采集腦電信號，另一種電極稱作參考電極或無關(guān)電極，一般安放在鼻尖、耳垂等相對零電位點。電極導(dǎo)聯(lián)方式有單極導(dǎo)聯(lián)法和雙極導(dǎo)聯(lián)法。單極導(dǎo)聯(lián)法：同時使用兩類電，將活性電極放置在需要測量腦電信號的相應(yīng)位置，然后將參考電極放置在零電位的乳突處，通過記錄電極之間的電位差，使用放大器將信號以腦電圖的形視展現(xiàn)。雙極導(dǎo)聯(lián)法：不使用參考電極，直接將兩個活性電極與腦電采集系統(tǒng)的放大器的柵極相接，常用的有縱聯(lián)、外聯(lián)、橫聯(lián)和三角導(dǎo)聯(lián)等。在實際應(yīng)用中，參考電極通常選擇安放在耳垂處，預(yù)設(shè)該處電位值為零，記錄的活性電極與參考電極的電位差值就是活性電極電位值。由于雙極導(dǎo)聯(lián)法不使用參考電極的導(dǎo)聯(lián)方法，至少需要兩處活性電極放置在頭皮表明相應(yīng)位置，計算兩處電極電位差值，兩個電極位置不宜太近否則差值太小導(dǎo)致記錄的電極不明顯。本課題導(dǎo)聯(lián)方式選用單極導(dǎo)聯(lián)法，耳電極A1、A2作為參考電極，活性電極采集O1位置的電位值，耳電極與O1和O2位置之間的電位差即為實驗需要的腦電信號。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3224310