刺激輔助的腦電信號特征增強方法與混合式腦機接口.pdf

1、腦機接口（Brain-computer Interface,BCI）建立了中樞神經(jīng)的大腦與外界環(huán)境的直接交互，這將帶來全新的人機交互革命。但從目前的BCI發(fā)展現(xiàn)狀來看，仍然存在著識別率整體上普遍偏低，較多無效受試者（“BCI盲”，識別率低于70％，國際公認水平）等關鍵性問題。在人們對復雜大腦的認識還極其有限的背景下，機器學習解碼算法還不能完全解決BCI所面臨的挑戰(zhàn)性問題。這就迫切需要新的方法和手段為BCI的研究注入新的發(fā)展動力，本文在上

2、百次的實驗基礎上開展了如下工作：
　?。ㄒ唬┗诟杏X皮層振蕩節(jié)律響應（event-related desynchronization/synchro-nization，ERD/ERS），本文提出選擇性注意在觸覺模式下的選擇性感受BCI，以及在獨立模式下的體感注意力朝向BCI。
　　1.本文創(chuàng)建了選擇性感受腦機接口，實現(xiàn)了大腦左手或右手感受意圖的解碼。43人次的大量受試者實驗顯示出，其平均識別率達到79.22%。實驗結果對其存

3、在性和可用性進行了證明，在現(xiàn)有的觸覺腦機接口當中被證明是解碼率最高、BCI盲最少的腦機接口模式。
　　2.通過選擇性感受BCI在刺激撤銷條件下的轉化實驗，本文發(fā)現(xiàn)一種可用于BCI的自發(fā)腦信號，并由此構建了基于體感注意力朝向的獨立式BCI模式。實驗結果表明，該獨立式BCI平均識別率超過75%，驗證了其存在性和有效性，這對于豐富和發(fā)展獨立式BCI具有重要意義。
　?。ǘ┰谒鶆?chuàng)建的觸覺BCI基礎上，本文提出了多模態(tài)混合增強方法（

4、亦即混合式腦機接口），并在獨立模式下展開了應用實驗。
　　1.提出了一種新的綜合了想象運動與選擇性感受兩種不同腦信號的混合式BCI（左手選擇性感受與右手想象運動所構建的BCI）。實驗結果表明，該混合式BCI可以顯著性地提升單一模態(tài)下BCI整體識別率水平，有效地解決BCI盲等問題。
　　2.受所發(fā)現(xiàn)的混合增強效應啟發(fā)，本文在獨立工作模式下對混合增強方法展開了應用實驗，從而提出一種無訓練方法以提高獨立式BCI的可用性。通過32人

5、次的組間和組內比較，本文發(fā)現(xiàn)在獨立模式下混合增強效應依然存在。這對獨立式BCI的廣泛應用具有重要意義。
　?。ㄈ┍疚奶岢隽舜碳ぽo助增強范式，該方法有別于算法的方法，從另一個層面來提高現(xiàn)有想象運動BCI的可用性。將幻覺運動這一生理現(xiàn)象引入到BCI研究中，通過對腕部肌肉筋腱進行振動刺激產生運動幻覺感，從而實現(xiàn)想象運動的刺激輔助校驗和刺激輔助增強。
　　1.刺激輔助校驗，提供了一種新的想象運動BCI系統(tǒng)校驗方法（幻覺運動感受解碼

6、想象運動）。
　　2.刺激輔助增強，增強想象運動中虛擬的運動本體感并為想象運動提供客觀的任務指導，從而提升想象運動BCI識別率水平。30人次實驗驗證了該刺激輔助方法的有效性，這將為想象運動BCI提供重要的研究思路。
　　本論文的主旨是通過提出新的BCI模式、多模態(tài)混合增強及刺激輔助增強等方法，為BCI發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)問題提供一種新的認識，并有效地提高BCI整體識別率水平，顯著地減少BCI盲群體數(shù)。這些將為BCI的深入研究與廣