基于EEG的實(shí)時(shí)腦-計(jì)算機(jī)接口和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì).pdf

1、EEG(Electroencephalography)是通過醫(yī)學(xué)掃描儀器將人體腦部自身產(chǎn)生的微弱生物電放大記錄而得到的曲線圖。它是由人腦皮層神經(jīng)元放電產(chǎn)生的電位組成，具有非侵入、無(wú)損傷、高時(shí)間分辨率、直接反映大腦電活動(dòng)的特點(diǎn)?；谀X電(EEG)的腦-計(jì)算機(jī)接口(Brain-Computer Interface)是在人腦和計(jì)算機(jī)之間建立不依賴于常規(guī)大腦信息輸出通路(外周神經(jīng)和肌肉組織)的全新對(duì)外信息交流和控制技術(shù)。通過腦-計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，

2、人就可以不需要語(yǔ)言或動(dòng)作，而直接通過腦的思維活動(dòng)來(lái)表達(dá)想法或控制外部設(shè)備。這不僅可以有效增強(qiáng)身體嚴(yán)重殘疾的患者與外界交流或控制外部環(huán)境的能力，提高患者的生活質(zhì)量，還能為正常人提供很多高效的人機(jī)接口和交互模式。本文首先在介紹腦-計(jì)算機(jī)接口技術(shù)的背景研究和現(xiàn)有的比較領(lǐng)先的腦-計(jì)算機(jī)接口系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了所研發(fā)設(shè)計(jì)的腦-計(jì)算機(jī)接口框架，然后實(shí)現(xiàn)了一套具有高準(zhǔn)確率、低延遲、實(shí)時(shí)分析能力、功能完整、能針對(duì)受試者的差異進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，具有很強(qiáng)的在

3、線適應(yīng)能力，并能進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程機(jī)械車控制的腦-計(jì)算機(jī)交互平臺(tái)。研發(fā)的腦-計(jì)算機(jī)交互平臺(tái)主要基于用戶運(yùn)動(dòng)想象的EEG模式的分析與控制分類，最后在機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進(jìn)行在線的遠(yuǎn)程機(jī)械車控制。系統(tǒng)由腦信號(hào)采集、信號(hào)預(yù)處理、特征提取、模式分類、受試者應(yīng)用程序和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、可視化程序等模塊構(gòu)成。一套結(jié)合了獨(dú)立分量分析和時(shí)間濾波器的預(yù)處理過程被用來(lái)去除偽跡和噪聲降低。該腦-計(jì)算機(jī)交互平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了多種特征提取方法，包括小波分析和時(shí)頻譜分解、共同空

4、間模式特征提取和公共判別張量分解，形成的特征向量被支持向量機(jī)用于訓(xùn)練和分類。為驗(yàn)證所研發(fā)的腦機(jī)交互系統(tǒng)的有效性，幾位受試者參與了數(shù)據(jù)的采集、分析和在線實(shí)驗(yàn)。再經(jīng)過論文中所介紹的受試者交互訓(xùn)練和在線模擬訓(xùn)練后，系統(tǒng)會(huì)迭代的計(jì)算一個(gè)基于交叉驗(yàn)證的最優(yōu)化模型。在線實(shí)驗(yàn)中受試者利用訓(xùn)練好的模型，進(jìn)行在線的腦波模式識(shí)別和分類，并利用分類結(jié)果和相關(guān)控制策略算法行程連續(xù)控制命令來(lái)控制一輛通過藍(lán)牙通訊的遠(yuǎn)程機(jī)械車沿著一條指定路線行進(jìn)和轉(zhuǎn)向，設(shè)置在遠(yuǎn)程系