基于腦電Alpha波的腦-機(jī)接口系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface--BCI)是在人腦和計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間建立的一種直接的信息交流和控制通道,是一種不依賴于常規(guī)大腦輸出通路(外周神經(jīng)和肌肉組織)的全新的信息交流系統(tǒng).癱瘓病人所患的多種神經(jīng)肌肉紊亂都會(huì)阻斷大腦與外界環(huán)境的信息交換及對(duì)其的控制通道,使患者喪失基本的運(yùn)動(dòng)功能和正常的交流能力,嚴(yán)重的已經(jīng)不能借助傳統(tǒng)輔助裝置進(jìn)行基本交流.BCI作為一種全新的信息交換和控制技術(shù),將能為癱瘓病人,特

2、別是那些喪失了基本肢體運(yùn)動(dòng)功能但思維正常的患者,提供一種與外界進(jìn)行信息交流和控制的新途徑,正受到越來越多的重視.該文根據(jù)90％腦神經(jīng)功能正常的人在短時(shí)間閉眼后腦電(EEG)中alpha(α)波幅均可明顯增強(qiáng)這一普適特征,設(shè)計(jì)了一套簡便易行的基于腦電α波的腦一機(jī)接口系統(tǒng).該系統(tǒng)僅需在操作者頭后部放兩個(gè)腦電檢測(cè)電極,無需訓(xùn)練就可以快速而可靠地控制外接機(jī)電裝置運(yùn)行開關(guān),還可以擴(kuò)展為多選項(xiàng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng).作者首先搭建了閉眼alpha波控制系統(tǒng)(E

3、ye-Closure Based Activation System,ECBAS),引入開關(guān)抑制模塊和聲音反饋減少誤控制,實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)開關(guān)的快速可靠控制,經(jīng)10名操作者試驗(yàn),獲激活開關(guān)平均時(shí)間2.4秒、平均錯(cuò)誤率3％的好成績,證實(shí)該系統(tǒng)可以簡便易行、快速可靠地控制外部機(jī)電設(shè)備的開關(guān)運(yùn)行.在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)LabVIEW平臺(tái)顯示的循環(huán)燈選擇系統(tǒng)(Recycling Lights Choice Menus System,

4、RLCMS),利用α波控制單個(gè)開關(guān)的功能,通過四燈循環(huán)作為指示菜單,實(shí)現(xiàn)了四個(gè)目標(biāo)的α波控制選擇.為驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性,設(shè)計(jì)了四時(shí)程、每時(shí)程20次連續(xù)選擇(時(shí)間遞減)實(shí)驗(yàn).經(jīng)5名操作者試驗(yàn),證實(shí)每個(gè)受試者均只需少數(shù)訓(xùn)練時(shí)程即可達(dá)到10％或更低的錯(cuò)誤率,說明系統(tǒng)無需繁復(fù)學(xué)習(xí)或生物反饋訓(xùn)練的易操作性,以ECBAS為基礎(chǔ)的擴(kuò)展功能可以實(shí)現(xiàn)由兩種狀態(tài)選擇控制到多個(gè)選項(xiàng)的選擇控制.最后,再以RLCMS為原型,設(shè)計(jì)了α波小車控制系統(tǒng)(Minicar