大腦是人體最錯綜復雜的器官,不同腦區(qū)的損傷可能造成各種腦神經(jīng)功能的缺失或紊亂。腦損傷后的病人普遍存在認知、運動、社會交往多方面功能障礙,影響人類生活質量。中風后病人在受損大腦對側的肢體存在運動功能障礙;嚴重腦損傷患者存活下來后也只能恢復有限的意識水平,從而存在意識障礙問題。因此,如何將腦機接口技術應用于腦損傷疾病的診斷和輔助病人的康復將是現(xiàn)在和未來腦科學前沿領域最重要的研究方向之一。本文的主要研究工作是設計多種腦機接口系統(tǒng)來輔助意識障礙的評估及運動功能的康復。目前,對意識障礙病人的臨床評估都依據(jù)于傳統(tǒng)的行為量表,而行為量表的評估因意識障礙病人的運動損傷存在很大挑戰(zhàn)。腦機接口可以直接探測大腦對外部刺激響應的內(nèi)源性信號,可能提供一種補充或完善經(jīng)典行為或者生理觀察的方法。因此,我們設計了三種不同的腦機接口系統(tǒng)用于意識障礙病人的聽覺驚嚇、視覺定位和視覺追蹤的輔助評估。首先,我們提出了聽覺驚嚇-腦機接口評估系統(tǒng),采取偶發(fā)式的偏差刺激誘發(fā)病人的聽覺事件相關電位-失匹配負波和P300,用于輔助評估病人的聽覺驚嚇反應。系統(tǒng)提出的非監(jiān)督在線峰值檢測算法可以實時檢測被試的結果。參與評估的19位意識障礙患者... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

腦機接口組成及應用框圖

腦電信號采集 基于腦電(EEG)的腦機接口，腦信號是通過電極帽從頭皮上采集到的，電極帽上的電極位置一般按照國際標準10-20系統(tǒng)或者其擴展。國際10-20系統(tǒng)是世界腦電圖學會于1958年制定的一個腦電位記錄標準，如圖1-2所示，其前后方向的測量是以鼻根到枕骨粗隆連成的正中線為準，在此線左右等距的相應部位定出左右前額點(FP1,FP2)、額點(F3, F4)、中央點(C3, C4)、頂點(P3, P4)和枕點(O1, O2)。 前額點的位置在鼻根上相當于鼻根至枕骨粗隆的10%處，額點在前額點之后相當于鼻根至前額點距離的2倍即鼻根正中線距離20%處，向后中央、頂、枕諸點的間隔均為20%,10-20系統(tǒng)電極的命名即源于此。電極信號的獲取方式可以分為的導聯(lián)方法分為兩類：單極導聯(lián)法(一個極為參考電極，另一個為作用電極)和雙極導聯(lián)法(兩個極均為作用電極)。電極帽采集腦電通常采用單極導聯(lián)法，而采集眼電、肌電通常采用雙極導聯(lián)法。在腦機接口的研究中，研究者們通常采用現(xiàn)有的腦電采集設備，包括放大5

器、電極帽等。國際上生產(chǎn)腦電采集設備的公司主要有美國Neuroscan公司，奧地利g.tec公司，德國Brain products公司等。本課題研究中所使用的腦電采集設備如圖1-3，Neuroscan公司的SynAmps2放大器和Quik-Cap32通道電極帽。信號預處理與特征提取 信號分析模塊主要負責對獲取的腦電信號進行預處理與特征提取。特征提取是指從采集的信號中提取能反映被試意圖或被試大腦對外界刺激響應的的信號特征，然后進行數(shù)據(jù)轉換和降維，提供特征向量給分類算法。目前，已有的特征提取方法主要包括：（1）時域分析：時域分析主要用來直接提取波形特征，如直方圖分析、方差分析、波形檢測、相關分析以及相干平均等。此類方法物理意義明確，操作直接簡單。（2）頻域分析：頻域分析主要是通過分析腦電信號的功率譜，來獲取特征。由于EEG信號的很多主要特征是在頻域上體現(xiàn)的，功率譜估計等譜分析技術可以把幅度隨時間變化的信號轉換為信號功率隨頻率變化的譜圖。（3）時頻分析：時頻分析是一種同時在時間和頻域中對信號進行分析的技術。此類方法針對非平穩(wěn)信號和時變信號特征，解決了傳統(tǒng)傅立葉方法的局限性。目前應用最廣泛的方法是小波變換理論。（4）時空分析：時空分析方法有利于揭示和增強多導腦電信號中的隱含特征


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