脑机接口技术综述

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人机交互中的脑机接口技术

人机交互中的脑机接口技术

人机交互中的脑机接口技术现代科技的迅速发展让我们真切地感受到了科技的力量,尤其是在人机交互领域,各种新技术层出不穷。

而在这些技术中,脑机接口技术的出现引起了人们的广泛关注。

脑机接口技术是一种新型的人机交互方式,能够将人的意识与计算机等设备进行快速无缝的交互。

脑机接口技术与传统的交互方式相比,更为高效和精确,可以在广泛的智力活动、游戏以及医学等领域中得到广泛应用。

脑机接口技术是指基于脑电波、脑磁波、脑血流等生物信号,采用人工智能等技术进行信号处理和算法分析,将人的脑活动转化为指令,从而控制计算机、机器人等智能设备,实现人机交互。

脑机接口技术主要分为以下三大类:一、依据神经信号类型分1、脑电波:利用头皮上的电极,测量人脑中的脑电波,分析其模式,从而将脑的活动转化为生物反馈,控制计算机等物理设备。

目前,脑电波是应用最为广泛的脑机接口技术。

2、脑磁波:使用磁场传感器,测量人脑产生的磁场信号后,运用信号处理技术,转化为人机交互命令。

3、脑血流:通过外部光源照射脑部,血红蛋白的光学信号得到神经活动的信息,对这些信息进行反馈,实现对物理设备的控制。

二、用途领域分1、医学领域:可以用于神经反馈治疗、康复训练和病症的诊断等。

脑机接口技术在神经反馈治疗方面,能够帮助患者改善焦虑、抑郁等情况。

在病症的诊断方面,可以通过对脑电波等生物信号进行分析,准确地判断病者的病情及基本情况。

2、智力游戏:脑机接口技术已经广泛应用于智力游戏,例如通过阅读脑电波信号来检测游戏玩家的意识水平,使智力游戏变得更加高效和有趣。

3、劳动安全:脑机接口技术可以帮助劳工根据自身的身体状况调整工作强度,保护健康、避免受伤,进而降低事故率。

三、技术创新分1、信号处理技术的创新:脑机接口技术在取得生物信号时,存在很多噪声和干扰,如何剔除这些噪声和干扰,提高信号质量是脑机接口技术创新的重点。

2、脑机接口技术的神经算法创新:以建立准确和可靠的算法模型为基础,包括生成多种生理和行为反馈,制定自适应控制策略等。

脑机接口技术

脑机接口技术

脑机接口技术脑机接口技术(Brain-Computer Interface,BCI)是一种新兴的科技,它连接人类大脑和外部设备,使大脑的活动能够被感知、解读和利用。

这项技术被广泛应用于医学、神经科学、人机交互以及虚拟现实等领域。

本文将介绍脑机接口技术的原理、应用以及未来发展趋势。

一、脑机接口技术的原理脑机接口技术基于对大脑活动的监测和解读。

通常采用电生理信号,如脑电图(Electroencephalogram,EEG)、功能磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)等来获取大脑活动的数据。

这些数据经过信号处理和模式识别等算法的处理,将大脑的信息转换成可被识别的命令或指令,进而实现与外部设备的交互。

二、脑机接口技术的应用1. 医学领域:脑机接口技术为瘫痪患者提供了控制外部假肢或轮椅的能力。

通过监测大脑的运动意图,将其转化为机械运动,使患者能够恢复部分肢体功能。

2. 神经科学研究:脑机接口技术为科学家提供了研究大脑认知和运动机制的手段。

通过记录大脑活动,科学家们可以深入研究认知过程中的信息处理、记忆形成以及感知机制等。

3. 人机交互:脑机接口技术可以实现人机之间的直接沟通,无需通过传统的输入设备,如键盘和鼠标。

人们可以通过意念控制计算机或其他设备,实现更加自然、高效的人机交互方式。

4. 虚拟现实:脑机接口技术为虚拟现实提供了更加身临其境的体验。

人们可以通过意念控制虚拟角色的行动,感受到更加真实的虚拟世界,提升虚拟现实技术的沉浸感和交互性。

三、脑机接口技术的发展趋势脑机接口技术正处于不断发展和创新的阶段,未来有以下几个重要发展趋势:1. 精度提升:随着算法和传感器技术的不断进步,脑机接口技术的识别和解读能力将得到显著提升,使得用户可以更加准确地控制外部设备。

2. 应用拓展:脑机接口技术将会在更多领域得到应用,例如教育、娱乐、安全等。

人们可以通过脑机接口技术实现更加智能化和便捷化的生活方式。

脑机接口综述

脑机接口综述

脑机接口综述
脑机接口是指通过直接连接人的大脑和外部设备,实现大脑与机器之间的信息交流和控制的技术。

它将脑电信号转化为机器可以理解的指令,使人们能够通过思维实现对计算机、机器人、智能设备等的控制。

脑机接口技术可以分为侵入性和非侵入性两种类型。

侵入性脑机接口需要手术植入电极到大脑皮质,可以实现较高的信号精度和控制精度。

非侵入性脑机接口通过外部传感器(例如电极帽、红外线传感器等)采集脑电信号,避免了手术,但信号质量和精度相对较低。

脑机接口技术的应用非常广泛。

医学领域中,它可以用于帮助残疾人恢复运动功能,例如通过脑机接口控制假肢动作,或者通过脑机接口实现对电子器械的控制,如电动轮椅、呼吸机等。

此外,脑机接口还可以用于辅助诊断和治疗,例如通过分析脑电信号来判断人的认知状态、情绪状态等。

脑机接口技术在军事领域也有应用,可以用于提高士兵的作战效能,例如通过脑机接口实现无线通信,控制战场上的机器人等。

此外,脑机接口还可以应用于游戏和娱乐领域,让玩家可以通过思维来操作游戏角色或控制虚拟现实设备。

尽管脑机接口技术在理论和实践中都取得了一些进展,但目前仍存在一些挑战,例如信号的噪声干扰、信号解码的精度、脑机接口设备的便携性等。

随着技术的进一步发展,脑机接口有
望在更广泛的领域展现出其潜力,并为人们的生活带来更多便利和可能性。

脑机接口技术及其应用探究

脑机接口技术及其应用探究

脑机接口技术及其应用探究随着科技的不断发展,人们现在可以使用大量的机器来处理和存储数据,而脑机接口技术是实现生物机电一体化的一种重要技术。

它可以实现人体与机器之间的互动,帮助人们更好地处理信息。

本文将详细介绍脑机接口技术及其应用。

一、脑机接口技术的定义脑机接口技术又称为脑机界面技术,简称BCI技术(Brain Computer Interface)。

脑机接口技术是一种将人脑信号直接与电子设备接口相连的技术。

它通过从人体脑部信号接受器采集信号,将其转换为电信号,并将其传输到电脑等设备中。

脑机接口技术可以使人们通过思维控制设备,甚至可以帮助人们进行物理运动。

脑机接口技术实现了人类的另一种交互模式,可以有效地减轻脑力负担和身体负担。

二、脑机接口技术的发展历程脑机接口技术的发展始于上世纪六十年代,早期的研究主要是通过将电极插入动物的大脑中来探究大脑信号的本质。

到了上个世纪80年代,脑机接口技术开始向人类试验发展。

受到广泛的关注和投资,脑机接口技术在各个方面得到了很大的发展。

目前,脑机接口技术已经开始进入市场应用,得到了广泛的运用。

三、脑机接口技术的应用脑机接口技术已经应用于很多领域,包括医疗、游戏、娱乐、军事等。

以下是脑机接口技术的几个常见的应用:(一)假肢控制脑机接口技术可以通过控制假肢来帮助残障人士进行运动。

通过植入电极或贴片在用肢体残疾者大脑皮层的相应区域上,从中提取神经肌肉控制信号实现对人工肢体的动作控制。

通过使用特制的控制设备,人们可以自如地控制其肢体假肢的运动。

(二)智能交互脑机接口技术可以通过思想控制智能交互设备,如智能手机、智能家居等。

例如,如果想要喊出一个电话号码,患者就可以通过思维控制手机拨打电话。

这使得患者的交互更快捷和便利,减轻了他们的身体负担。

(三)游戏和娱乐脑机接口技术可以用于游戏和娱乐,如心理测试、驾驶游戏等。

通过使用脑机交互设备,人们可以通过思维控制游戏中的角色进行操作,并且更深入地参与游戏。

脑机接口技术及应用意义综述

脑机接口技术及应用意义综述

脑机接口技术及应用意义综述随着科技的不断进步,人们对于脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术的关注度也在逐渐增加。

脑机接口技术是一种能够直接将人脑的电化学活动转化为计算机可识别的信号的技术,通过这种技术人们可以实现通过意念来控制外部设备的功能。

本文将综述脑机接口技术的发展、工作原理及其在不同领域中的应用意义。

脑机接口技术的发展历程可以追溯到上世纪60年代,当时科学家们开始尝试使用电极记录大脑内的神经活动,并通过算法将这些信号转化为机器可识别的指令。

随着计算机科学和神经学的进步,脑机接口技术在过去几十年中取得了巨大的进展。

目前已经开发出多种不同类型的脑机接口系统,包括侵入式(Invasive)和非侵入式(Non-invasive)方法。

侵入式脑机接口需要将电极直接植入大脑组织中,而非侵入式方法利用电极阵列或传感器从头皮上记录脑电图(Electroencephalography,EEG)等信号。

脑机接口技术的工作原理主要基于脑电信号(Electroencephalogram,EEG)的检测和解码。

脑电信号是大脑神经元活动产生的微弱电流所表现出的电位变化,这些电位变化可以通过传感设备捕捉到并传输到计算机。

随后,经过适当的信号处理和特征提取算法,计算机可以分析这些信号并将其转化为对应的含义和指令。

这样,人们通过思维和意念就可以实现对外部设备的控制,如机器人、假肢、轮椅等。

脑机接口技术在医学和康复方面有着广泛的应用意义。

首先,脑机接口技术为那些因神经系统疾病或意外事故导致丧失运动能力的人们带来了希望。

通过脑机接口技术,这些患者可以通过思维来控制外部设备,从而恢复一定程度的日常生活功能。

例如,某些研究表明,使用脑机接口技术,患有截肢的患者能够通过思维来控制假肢的运动,实现更自如的肢体动作。

其次,脑机接口技术在心理疾病治疗和认知神经科学研究中有着广泛的应用。

脑机接口技术可以帮助医生更好地理解和诊断各种心理疾病,如抑郁症、焦虑症、注意力缺陷多动症等。

脑机接口技术的原理和应用

脑机接口技术的原理和应用

脑机接口技术的原理和应用脑机接口技术,也称为脑-计算机接口(BCI)技术,是指利用电生理信号将人类大脑的活动转换为计算机输出的过程。

本文将介绍脑机接口技术的原理和应用。

一、脑机接口技术的原理脑机接口技术的原理基于脑电图(EEG),它是一种记录人类脑电活动的非侵入性方法。

脑电活动是由人类大脑中神经元的电活动所产生的。

当神经元在传递信息时,它们会产生电流。

这些电流可以通过皮肤和头皮传播到EEG头盔中的电极。

脑机接口的关键是将脑电活动转换为计算机能读取的信号。

这是通过差分放大器实现的。

放大器会将在不同位置的电极之间测量到的电压信号进行差分放大,以提高信号质量。

然后,模数转换器将电压信号转换为数字信号,以便它们可以被计算机读取和处理。

二、脑机接口技术的应用1.医疗方面脑机接口技术在医疗方面的应用最为广泛。

例如,人工肢体操控器可以通过使用脑机接口技术,实现残障人士仅仅通过思考就能控制身体的功能。

通过分析残疾人士使用肢体时的脑电图,计算机可以解释它是什么动作,并将这些动作发送到肢体操控器,以实现残疾人士的肢体活动。

此外,还可以使用脑机接口技术控制疼痛。

对于那些患慢性疼痛的病人,脑电信号可以用来操纵一个称为“神经反馈调节器”的设备。

这可以帮助患者缓解疼痛。

2.娱乐脑机接口技术也逐渐发展成为一种新型娱乐方式。

例如,一款名为“马里奥赛车”的游戏可以通过检测玩家的脑电信号来控制游戏的方向和速度。

玩家可以通过思考,让自己的角色前进和转弯,而无需使用手部控制器。

3.教育脑机接口技术在教育领域中也有其用武之地。

例如,在一项实际研究中,孩子们学习阅读技能时,使用脑机接口技术的反馈可以帮助他们更快地掌握技能。

研究表明,将脑电信号与视觉反馈相结合,可以帮助儿童更快地形成正确的阅读技能。

总而言之,脑机接口技术将在未来影响我们的生活,它的应用不仅仅局限在医疗和娱乐领域。

随着技术的不断发展,脑机接口技术将变得更加普遍和便利。

脑机接口技术

脑机接口技术
技术成熟度极低
目前脑机接口技术还处在解决“从脑到机”方向的输 出和控制问题,控制的效率和准确率很低。研究“从机 到脑”的问题研究难度更大。
发展建议
服务创新
例如在医疗领域提供更加高效的康复服务、 在娱乐领域提供更加智能化的游戏体验等。
个性化服务
识别个体的认知水平、情绪状态、偏好等,为 用户提供更加个性化的服务。
其他技术的融合
结合虚拟现实、增强现实、人工 智能等,从而拓展其应用范围和 功能,为人类带来更多的便利。
创新管理
不断进行技术创新和应用创新,才能实现其在 各个领域的应用。
战略管理
应用需要与企业的战略目标相匹配,因此需要 进行战略管理。
前景趋势
应用领域的拓展
在未来还有望应用于智能家居、 智能交通、智能制造等领域,为 人类生产和生活带来更多的便利。
相关技术的创新
开发更加高效的脑电信号采集技 术、更加精准的脑机界面算法等, 将极大地提升脑机接口技术的性 能和应用效果。
脑机接口技术
XXX
目录 contents
1
背景综述
2
现状分析
3
发展建议
4
前景趋势
基本介绍
脑机接口技术(Brain-Computer Interface,BCI)
一种连接人脑和计算机的技术,通过对人脑信号 的采集、分析和处理,实现人与计算机的直接交互。
主要包括脑电图、功能磁共振成像、
技术应用
近红外光谱等信号采集技术,以及 信号预处理、特征提取、分类识别
社会需求庞大
中国人口基数庞大且老龄化日益严重,慢性患病率与残疾人 群逐年增长,庞大的群体基数扩大对该技术的需求。
存在痛点
跨学科的复杂性

脑机接口技术的原理和应用

脑机接口技术的原理和应用

脑机接口技术的原理和应用随着科技的不断进步,人们对于脑机接口技术的兴趣也越来越大。

脑机接口技术是将人类的大脑与计算机之间建立的一种交互方式,其原理是通过将大脑的电信号转化为计算机能够识别的信号,使人类可以通过大脑来控制计算机或其他设备。

一、脑机接口技术的原理脑机接口技术的原理基于大脑神经元的活动机制。

大脑中的神经元通过发放电信号来进行相互的通信,形成了一种复杂的网络结构。

这些电信号可以通过皮层上的电极探测器捕捉到,并转化为计算机能够识别的数字信号。

通过植入电极或外部头戴式设备来收集脑电信号,接着将信号进行解码和分析,通过机器学习算法来对脑电信号进行分类和预测,最后将解码后的结果传送给计算机或其他设备进行相应的操作。

这样,大脑与计算机之间就建立了一种互动关系,人类可以通过大脑来控制外部的设备。

二、脑机接口技术的应用脑机接口技术的广泛应用领域涵盖了医疗、军事、娱乐等多个领域。

1. 医疗应用脑机接口技术在医疗领域有着广泛的应用。

通过植入脑部电极来控制电动轮椅,帮助肢体不便的人类实现自主移动;通过脑机接口技术来治疗某些神经疾病,使得患者能够通过大脑控制瘫痪肢体的康复治疗;通过脑机接口技术进行临床诊断,对于重度昏迷、锁定症、脑死亡等病人的研究也有很大的帮助。

2. 军事应用脑机接口技术在军事领域也有着广泛的应用前景。

通过脑机接口技术,可以将人类的思维与军事装备相结合,实现更加迅速、准确、保密的控制。

例如,通过脑机接口技术控制战斗机,可以更加精准地进行打击;通过脑机接口技术进行思维实验,可以对士兵的思维能力进行训练和提升。

3. 娱乐应用脑机接口技术在娱乐领域也有着越来越广泛的应用。

通过脑机接口技术,可以用大脑来控制游戏、电影等虚拟娱乐设备,使得游戏玩家能够更加身临其境,享受更加真实的游戏体验。

三、脑机接口技术的未来脑机接口技术作为一种十分前沿的技术,目前尚处在发展的初期阶段。

随着科技不断的进步和发展,脑机接口技术将在未来得到更广泛、更深刻的应用。

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脑机接口技术综述标准化文件发布号:(9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-脑机接口技术的研究综述摘要脑机接口( Brain- Computer Interface, BCI)是在大脑和计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种全新通讯和控制技术。

脑机接口作为当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一,在生物医学、神经康复和智能机器人等领域具有重要的研究意义和巨大的应用潜力,近10年来,脑机接口技术得到了长足的进步和飞速的发展,应用领域也在逐渐扩大。

本文概述了基于脑电信号( EEG )的BCI系统的组成和基本原理、涉及的关键技术和研究现状, 最后分析了脑-机接口技术目前存在的问题与应用前景。

关键词:脑机接口;脑电信号;特征提取;特征分类一、引言脑机接口是一种不依赖大脑外周神经与肌肉正常输出通道的控制系统,通过采集和分析人脑生物电信号,在人脑与计算机或其他电子设备间建立起直接交流和控制的通道,这样人就可以直接通过大脑来表达意愿或操纵设备,而不需要语言或肢体的动作[1-2]。

研究和发展脑机接口技术可以帮助肌肉萎缩、脊髓损伤等神经肌肉方面的患者以及交流障碍者有效地完成对外界交流和控制[3]。

脑机接口技术形成于20世纪70年代,是一门涉及纳米技术、生物技术、信息技术、心理认知科学、计算机科学、生物医学工程和应用数学等多学科的交叉技术,20多年来,随着人们对神经系统功能认识的提高和计算机技术的发展,BCI技术的研究呈明显的上升趋势,特别是1999年和2002年两次BCI国际会议的召开为BCI技术的发展指明了方向。

目前,BCI技术已引起国际上众多学科科技工作者的普遍关注,成为生物医学工程、计算机技术、通信等领域一个新的研究热点。

BCI技术的核心是把用户输入的脑电信号转换成输出控制信号或命令的转换算法。

BCI研究工作中相当重要的部分就是调整人脑和BCI系统之间的相互适应关系,也就是寻找合适的信号处理与转换算法,使得神经电信号能够实时、快速、准确地通过BCI系统转换成可以被计算机识别的命令或操作信号。

BCI技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。

为促进BCI技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对BCI的原理、结构做了较为详细的综述,并对其应用前景、存在的问题以及评价标准进行了探讨。

二.BCI系统的工作原理及其基本结构BCI系统的工作原理神经科学的研究表明,在大脑产生动作意识之后和动作执行之前,或者受试主体受到外界刺激之后,其神经系统的电活动会发生相应的改变.。

神经电活动的这种变化可以通过一定的手段检测出来,并作为动作即将发生的特征信号.。

通过对这些特征信号进行分类识别,分辨出引发脑电变化的动作意图,再用计算机语言进行编程,把人的思维活动转变成命令信号驱动外部设备,实现人脑在没有肌肉和外围神经直接参与的情况下对外部环境的控制.。

这就是BCI的基本工作原理.。

脑机接口的基本结构脑机接口技术是通过信号采集设备从大脑皮层采集脑电信号经过放大、滤波、A/D转换等处理转换为可以被计算机识别的信号,然后对信号进行预处理,提取特征信号,再利用这些特征进行模式识别,最后转化为控制外部设备的具体指令,实现对外部设备的控制。

一个典型的脑机接口系统主要包含4个组成部分:信号采集部分、信号处理部分、控制设备部分和反馈环节[3]。

其中,信号处理部分包括预处理、特征提取、特征分类3个环节。

脑机接口的结构框图如图1 所示。

图1 脑机接口技术信号处理结构框图1) 信号采集部分此部分负责通过相关设备采集大脑活动产生的电信号。

目前,对脑电信号的采集主要有2 种方法:侵入式和非侵入式。

侵入式方法是将电极插入脑皮层下,该方法采集的大脑神经元上的脑电信号具有较高的精度,而且噪声较小。

缺点是无法保证脑内的电极长时期地保持结构和功能的稳定,而且将电极植入脑皮层内存在安全问题。

非侵入式方法测量的是头皮表面的脑电信号,通过将电极贴附在头皮上,就可直接获得人大脑活动产生的脑电信号,易采集,无创性等特点使之成为BCI技术研究的主要方向。

2) 信号处理部分脑电信号的处理主要包括预处理、特征提取和特征分类3 部分。

预处理主要用于去除脑电信号中具有工频的杂波、眼电、心电以及肌电等信号的伪迹。

特征提取的主要作用是从脑电信号中提取出能够反映受试者不同思维状态的脑电特征,将其转换为特征向量作为分类器的输入。

特征提取是脑电信号处理中十分重要的一步,提取出的特征的好坏将直接影响脑电信号的识别率。

特征分类主要是寻找一个以特征向量为输入的判别函数,并且该分类器能识别出不同的脑电信号。

3) 控制设备部分控制设备主要是把经过处理的脑电信号转换为外部设备的控制指令输出,从而控制外部设备实现与外界进行交互的目的。

4) 反馈环节反馈主要是把外部设备的运行情况等信息反馈给使用者,以便使用者能实时地调整自己的脑电信号。

三、基于EEG的脑机接口研究方法人和动物的大脑,特别是皮层细胞,存在着频繁的自发电活动,无需任何外界刺激。

从脑电极记录到的电位是对脑部大量神经元活动的反应,低至微伏级,这种电活动的电位随时间的波动称为脑电波(EEG) 。

EEG反应了大脑组织的电活动及大脑的功能状态,脑的复杂活动反应在头皮上的电位活动就是EEG轨迹[ 5 ] 。

所以理论上,人的意图通过脑电应该可以被探测识别出来。

BCI的前驱曾经指出“在理论上,脑的感觉、运动及认知意识在自发EEG中应该是可辨识的”,,因此EEG成为BCI研究的首选工具。

BCI技术就是要通过识别这种意图,将之表达为对外部设备的直接控制。

由于脑电信号的本质还未知,难以确定一种特定的信号识别方法。

假设脑电信号是线性的,那么大多数BC I使用的线性识别方法足以应用。

反之,则线性识别算法对于希望被识别的信号可能是最糟糕的描述。

但无论何种情况,BCI技术的首要任务就是从EEG中识别出人的主观操作意识,并将之表达为对外部设备的直接控制。

脑机接口研究中所使用的脑神经信号⑴ P300 (诱发电位)P300是一种事件相关电位(ERP),在时间相关刺激300~400ms后出现的正电位,主要位于中央皮层区域,其峰值大约出现在时间发生后300ms,相关事件发生的概率越小,所引起的P300越显著。

基于P300的BCI的优点是P300属于内部相应,使用者无需通过训练就可产生P300[ 6 ] 。

⑵视觉诱发电位(诱发电位)视觉诱发电位是指从视觉通路的不同水平区域记录的不同生物电反应,其诱发刺激可以是荧光、闪光刺激。

视觉诱发电位又可以分成短时视觉诱发电位和稳态视觉诱发电位两种。

⑶时间相关同步或时间相关去同步电位(自发脑电)单边的肢体运动或想象运动,大脑同侧产生事件相关同步电位( ERS) ,大脑对侧产生时间相关去同步电位( ERD)。

ERS、ERD是与运动相关的,主要位于感觉运动皮层。

⑷皮层慢电位(自发脑电)皮层慢电位也称慢波电位( Slow Cortical Poten2tials, SCPs) ,是皮层电位的变化,是脑电信号中从300 ms持续到几秒钟的大的负电位或正电位,能反应皮层Ⅰ和Ⅱ层的兴奋性,个人可以通过生物反馈训练产生这种电位[ 7 ]。

⑸自发脑电信号(自发脑电)在不同的知觉意识下,人们脑电中的不同节律呈现出各异的活动状态。

这些节律是受不同动作或思想的影响。

按照所在频段的不同分类,一般采用希腊字母(α、β、γ、δ)来表示不同的自发EEG信号节律。

比如α节律在8~13 Hz频段,而β节律则在13~22 Hz频段。

采用以上几种脑电信号作为BC I输入信号,具有各自的特点和局限。

P300和视觉诱发电位都属于诱发电位,不需要进行训练,其信号检测和处理方法较简单且正确率高。

不足之处是需要额外的刺激装置提供刺激,并且依赖于人的某种知觉(如视觉) 。

其它几类信号的优点是可以不依赖外部刺激就可以产生,但需要大量的特殊训练。

3. 2 特征提取和转换方法特征提取涉及如何从EEG中提取少量的有用的信息,分别利用这些信息进行不同脑状态的区分。

常用的特征提取的算法如::FFT ( Fast Fourier Transform Algorithm)、相关性分析、AR (Auto Regression)、参数估计、CSP ( Common Spatial Patterns)、Butter2worth低通滤波、遗传算法等。

算法的选择与所利用的信号特征及电极位置有关。

信号处理的目标是最终从信号中识别出使用者的意图并执行,系统的首要任务就是最大化。

信噪比,尤其是当噪声和信号极为相似的时候就显得更为重要。

提高信噪比的技术有很多,具体有空间及时间滤波方法、信号平均以及单次识别方法。

BCI转换算法把信号特征(如节律幅值或神经元放电率)转换为具体的控制命令。

四、脑机接口的研究进展近些年来,脑机接口技术得到了飞速发展。

1995年不到6个研究小组,到1999 年研究小组的数量已超过了20个,现在世界各地有近百个研究小组。

1999年,2000年和2006年3次脑机接口国际会议的召开为脑机接口的发展推波助澜。

下面是近些年一些较有影响的脑机接口小组研究成果:奥地利 Graz 大学:Pfurtscheller 等进行了一系列基于ERD的脑机接口系统研究,并实现了Graz I 和GrazII 两个代表性的脑机接口系统。

目前研究的重点是时域内两种不同的想象运动的分类问题。

德国 Tubingen 大学:wolpaw 等[7]设计了一个名为思想翻译器的装置,通过慢皮质电位的变化来实现对外界的控制,使用视觉反馈,实现了字母拼写等功能。

美国 Wadsworth 中心:Wadsworth 中心一直研究如何用从运动感觉皮质测得的脑电信号控制指针的一维或二维运动。

另外,为了便于比较和评估,他们研制BCI-2000通用系统,该系统已在世界上200多个实验室中使用[7]。

中国清华大学:高上凯等人深入分析了稳态视觉诱发电位(SSVEP)的特征和提取方法,设计了具有高传输速率的基于稳态视觉诱发电位的脑机接口系统,可用于残疾人的动作控制或环境设备控制等领域。

五、脑机接口存在的问题及应用前景脑机接口存在的问题BCI是一门新兴的研究领域,涉及计算机科学、神经科学、心理认知科学、生物医学工程、数学、信号处理、临床医学、自动控制等多个领域,仍有大量的问题尚待解决,目前主要存在以下问题:1) 信号处理和信息转换速度慢。

目前,BCI系统的最大信息转换速度可达68 bit /min,此速度与正常交流时所需的速度相差甚远[9]。

2) 信号识别精度低。

目前,基于自发脑电的BCI系统,对运动想象脑电信号进行的研究,2类思维任务的识别率约为90%[10],3类任务得到其识别率在80%左右[11]。

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