脑机接口系统介绍(NeuroscanBCISystem)

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脑机接口技术帮助瘫痪患者恢复运动功能

脑机接口技术帮助瘫痪患者恢复运动功能

脑机接口技术帮助瘫痪患者恢复运动功能脑机接口技术(Brain-Computer Interface,简称BCI)是一种让人类的大脑与计算机直接互动的技术,它通过将人脑的电信号转化为计算机可以识别的指令,实现了人脑与外界的交互。

近年来,BCI技术在医疗领域取得了巨大的突破,尤其是在帮助瘫痪患者恢复运动功能方面。

一、BCI技术及其原理BCI技术的核心是将人脑电信号转化为计算机可以理解的指令,从而实现人与计算机之间的无线交互。

一般来说,BCI系统包括以下几个重要组成部分:1. 脑电采集设备:用于采集患者大脑发出的电信号,常用的设备有脑电图(EEG)和功能性磁共振成像(fMRI)等。

2. 信号处理模块:将采集到的脑电信号进行数字信号处理和特征提取,以提取出与患者意图相关的信息。

3. 模式识别算法:利用机器学习等方法,将脑电信号的特征与特定的指令进行关联,从而识别患者的意图。

4. 控制输出设备:根据患者的意图,控制外部设备执行相应的动作,如运动假肢、轮椅或电子游戏等。

BCI技术的原理主要基于两个假设:一是“脑电活动与用户意图之间存在对应关系”;二是“脑电信号可以通过训练使计算机能够识别和解码”。

通过正确使用和调整这些设备和算法,患者可以通过自己的意念控制外部设备的运动,实现瘫痪肢体的恢复。

二、BCI技术在瘫痪患者康复中的应用基于BCI技术的康复训练已经在瘫痪患者中得到了广泛应用,并取得了令人瞩目的成果。

通过BCI系统的训练,患者能够通过意念控制假肢、轮椅等外部设备实现运动,从而提高生活自理能力和社交交流能力。

1. 上肢运动康复对于上肢瘫痪患者而言,BCI技术可以帮助他们恢复手指的灵活性和精确性。

通过脑电信号的识别和解码,患者可以控制机械手臂、假手等设备进行抓握和放松动作,从而重拾日常生活的自理能力。

2. 下肢运动康复BCI技术不仅可以帮助上肢瘫痪患者,对于下肢瘫痪患者也可以提供有效的康复训练手段。

通过BCI系统,患者可以通过意念控制电子假肢或者电动轮椅进行移动,从而恢复步行能力,提高生活质量。

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。

脑机接口技术原理

脑机接口技术原理

脑机接口技术原理
脑机接口技术(BCI)是一种通过直接连接大脑和计算机或其他外部设备来实现交互的技术。

它允许人类直接使用大脑信号来控制外部设备,比如电脑、假肢或轮椅。

这种技术在医疗、研究和娱乐领域都有广泛的应用。

脑机接口技术的原理基于人类大脑的神经活动。

大脑中的神经元通过释放电信号来传递信息,这些信号可以通过电极等设备被检测和记录下来。

脑机接口技术通过将这些信号转换成计算机可以理解的指令,从而实现人脑与外部设备的交互。

脑机接口技术的实现需要几个主要步骤。

首先是信号采集,即通过植入电极或戴上脑电图设备来记录大脑神经信号。

这些信号经过放大和滤波等处理后被传输到计算机中进行分析。

接着是信号处理,通过算法和模型来识别和解释大脑信号,将其转换成控制指令。

最后是应用控制,将计算机处理后的指令传输到外部设备,实现人脑与设备之间的交互。

脑机接口技术的原理主要基于神经科学、生物医学工程和计算机科学等领域的知识。

通过对大脑神经信号的理解和处理,脑机接口技术可以实现多种功能,如脑机接口控制的假肢、脑机接口辅助的语音和交流系统等。

这些应用可以帮助残疾人获得更好的生活质量,也可以为科学研究和技术发展提供新的途径。

总的来说,脑机接口技术的原理是通过检测、处理和应用大脑神经信号来实现人脑与外部设备的交互。

这种技术的应用前景广阔,将为人类的生活和工作带来更多的便利和可能性。

通过不断的研究和创新,脑机接口技术有望在未来发展出更多的应用和功能,为人类社会的进步和发展做出贡献。

脑机接口技术的原理与应用

脑机接口技术的原理与应用

脑机接口技术的原理与应用1. 脑机接口技术概述脑机接口技术(Brain-Computer Interface, BCI)是一种实现人机交互的技术,它通过记录人脑活动信号,将脑电信号转化为可控制计算机或机器的信号,实现人脑与机器的直接交互,而无需通过传统的人机接口设备。

2. 脑电信号的获取与解析脑电信号(Electroencephalogram, EEG)是一种通过电极放置在头皮表面记录的能量信号。

脑电信号的获取需要先将电极放置在头皮表面,并使用放大器将信号放大,然后再进行滤波处理,以去除信号中的噪音和杂波。

脑电信号的解析需要使用信号处理算法对信号进行分类和特征提取。

常用的处理算法包括支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)等,它们能够识别人脑活动信号中的特定模式,并将其转化为计算机可识别的控制信号。

3. 脑机接口技术的分类脑机接口技术可以根据不同的分类方法进行划分,其中最常用的是按照控制信号的类型进行分类,主要包括以下几种:(1)单通道脑机接口技术单通道脑机接口技术是最简单的一种脑机接口技术,它只使用一个电极进行脑电信号的获取,并将其转换为二元控制信号(如左右键),用于控制计算机或机器。

(2)多通道脑机接口技术多通道脑机接口技术使用多个电极同时获取脑电信号,可以提供更准确的控制信号。

多通道脑机接口技术可以采用线性或非线性的信号处理算法进行控制信号的提取与转换。

(3)混合型脑机接口技术混合型脑机接口技术结合了多种脑机接口技术,以提供更多的控制方案。

例如,可以将脑机接口技术与其他传统的人机接口设备(如鼠标、键盘等)结合使用,实现更丰富的控制方式。

4. 脑机接口技术的应用领域脑机接口技术具有广泛的应用前景,目前已经应用于以下几个领域:(1)康复医学脑机接口技术可以用于帮助康复病人恢复运动功能,例如,通过脑机接口技术控制假肢或轮椅的运动。

脑机接口生物医学工程

脑机接口生物医学工程

脑机接口生物医学工程脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)是连接人脑与计算机或其他外部设备的一种技术,它在生物医学工程领域具有重要的应用价值。

本文将从脑机接口的原理、应用领域、挑战与前景等方面进行探讨。

一、脑机接口的原理脑机接口技术的核心原理是通过记录和解读大脑神经活动,将其转化为计算机或其他外部设备可以理解的指令。

一般来说,脑机接口系统由神经信号采集、信号处理和外部设备控制三个主要部分组成。

神经信号采集是脑机接口系统的第一步,它通常通过植入或非侵入式电极来记录大脑神经元的活动。

这些电极可以实时采集到大脑皮层的电信号,并将其传输给信号处理单元。

信号处理是脑机接口系统的核心环节,主要任务是对采集到的神经信号进行滤波、特征提取和模式识别等处理,以便从中提取出有用的信息。

常用的信号处理方法包括时频分析、空间滤波、模式分类等。

外部设备控制是脑机接口系统的最终目标,它通过将经过信号处理的结果转化为控制指令,实现对外部设备的控制。

例如,可以通过脑机接口实现对假肢的控制、文字输入、游戏操作等。

二、脑机接口的应用领域脑机接口技术在医学和生物工程领域有着广泛的应用。

其中最为突出的是在康复医学领域的应用。

脑机接口可以帮助瘫痪患者恢复运动功能,通过记录患者的脑电信号并将其转化为运动指令,控制外部辅助设备实现肢体的运动。

这对于瘫痪患者来说是一种重要的康复手段。

除了康复医学,脑机接口技术还被广泛应用于神经科学研究、智能辅助技术、虚拟现实等领域。

在神经科学研究中,脑机接口可以帮助研究人员更好地理解大脑的工作机制,探索认知过程和意识形成的奥秘。

在智能辅助技术中,脑机接口可以为身体残疾人士提供更好的交互方式,改善他们的生活质量。

在虚拟现实领域,脑机接口可以将用户的意识与虚拟环境进行交互,提供更加沉浸式的体验。

三、脑机接口的挑战与前景尽管脑机接口技术在医学和生物工程领域有着广泛的应用前景,但目前仍存在一些挑战。

脑机接口介绍稿

脑机接口介绍稿

脑-机接口系统(Brain–Computer Interface:BCI)是一个不依靠外周神经和肌肉组织等通常的大脑输出通道的人-机通信与控制系统。

简单来说,就是在大脑和外界之间建立起一种直接的交流通道。

它由电极帽、脑电波放大器和一台计算机信息处理器三部分组成。

经研究发现,人在思维时大脑皮层会出现特定的电活动,在头皮记录到的这种电活动通常叫做脑电波。

这些电波可以借助高性能的生物电信号采集系统(比如电极帽)以及专门设计的计算机算法,把这些特征实时地提取出来,并进行自动分类,从而实时判断出当前人所处的思维状态。

然后再通过计算机将判断出来的思维状态可以翻译成我们预先设定的控制命令,通过网络等通道发送出去,从而实现人脑对计算机等外部设备的直接控制。

现在,我们所能做到的“心想事成”的程度还没达到字面理解的那样,你自发的想一件事情,通过脑机接口系统就可以知道你在想什么。

目前,我们所能达到的就是,给你一定的诱发信号,使你的脑皮层产生特定的脑电信号,通过采集到的脑电信号,跟已知的模型做比对,我们就可以知道你想的是什么了。

通俗地说,你只要戴上特殊的电极帽,盯着指定的屏幕看,经过较短时间的训练,就可以通过大脑对计算机进行操作。

像这种依赖视觉的脑机接口系统,操作者只需要看就可以了,不需要动脑。

所以像霍金教授这样除了移动自己的视线外什么都不能做的人来说,这样的依赖于是觉得脑机接口系统可以帮助他与外界沟通。

目前,我们实验室研制的脑机接口系统,可以实现人脑模拟操作键盘进行QQ聊天,模拟鼠标操作上网,玩俄罗斯方块,并可以在计算机模拟的室内环境中实现电器开关的控制。

虽然通过提取脑电信号来操作计算机的速度还慢,但是对于那些高度瘫痪的病人来说,可以通过这个系统与自己的亲人聊天,上网娱乐,已经很不错了。

关于未来的展望,我们除了提高对计算机的一般操作外,我们将把目光转向一些我们常用的外部设备,例如,人脑控制室内灯泡,空调,电视机等常用电器的开关,轮椅操作等。

脑机接口通俗理解

脑机接口通俗理解

脑机接口通俗理解什么是脑机接口?脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是一种技术,它将人类的大脑活动与外部设备进行连接,实现人脑与计算机之间的直接交互。

简单来说,脑机接口就是通过读取大脑的信号,将人类的思维和意图转化为机器能够理解和执行的指令。

脑机接口的原理脑机接口的核心原理是通过记录和解析大脑活动的电信号来实现人机交互。

人脑中的神经元通过电化学信号进行信息传递,这些信号可以通过电极阵列等方式被探测到。

脑机接口系统将这些信号进行放大、滤波和解码,得到与特定行为或意图相关的信息。

脑机接口的工作过程可以简单分为四个步骤:1.信号采集:通过植入或非侵入性的方式获取大脑信号。

植入式方式需要将电极阵列植入大脑皮层,而非侵入式方式则通常使用电生理传感器,如脑电图(EEG)或功能磁共振成像(fMRI)等。

2.信号处理:对采集到的大脑信号进行放大、滤波和去噪等处理,以提高信号质量和可靠性。

这一步骤的目的是将原始信号转化为可以被计算机识别和解读的形式。

3.特征提取:通过对信号进行数学分析和特征提取,识别出与特定行为或意图相关的模式。

这些模式可以是特定频率的脑电波形,或者是与运动、想象等活动相关的信号特征。

4.指令输出:将识别出的特征映射为机器能够理解和执行的指令,实现人机交互。

这些指令可以用于控制外部设备,如电脑、假肢、轮椅等,也可以用于实现虚拟现实、游戏等应用。

脑机接口的应用脑机接口技术具有广泛的应用前景,可以帮助人们实现与外界设备的无线交互,提高生活质量和工作效率。

以下是脑机接口在不同领域的应用示例:医疗领域•康复训练:脑机接口可用于帮助中风、脊髓损伤等患者进行康复训练。

患者可以通过脑机接口控制假肢或轮椅,恢复部分运动功能。

•神经疾病治疗:脑机接口可以用于治疗帕金森病等神经系统疾病。

通过刺激特定区域或抑制异常信号,可以减轻病症和症状。

人机交互领域•虚拟现实:脑机接口可以实现人与虚拟环境的直接交互。

人脑机接口技术手册

人脑机接口技术手册

人脑机接口技术手册人脑机接口技术(Brain-Computer Interface,BCI)是一种能够将人脑活动转化为电子信号,并通过计算机或其他外部设备进行解读和控制的技术。

BCI技术在医学、神经科学、工程学等领域有着广泛的应用,为残障人士提供了帮助,也在脑科学研究中发挥了重要作用。

一、人脑机接口技术的背景与发展人脑机接口技术起源于上世纪70年代,当时科学家开始尝试利用人脑电图(electroencephalogram,EEG)来解码人脑活动。

随着技术的不断进步,BCI技术从最初的笨重不方便逐渐发展成了如今的高精度、高效率的控制方式。

目前,BCI技术已经应用于康复医学、虚拟现实技术、智能辅助设备等领域。

二、人脑机接口技术的原理与方法1. 信号获取:通过EEG、功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、脑电图等手段采集人脑发出的信号。

2. 信号处理:对脑电信号进行滤波、分析和特征提取,以便更好地识别和解读。

3. 信号解读:利用机器学习算法和模式识别技术,将人脑信号转化为对应的意图或动作。

4. 控制输出:将解读后的信息送至外部设备,如机械臂、电子游戏、电子器械等,实现通过脑电信号控制的操作或功能。

三、人脑机接口技术的应用领域1. 医疗领域:BCI技术已被应用于运动康复、肢体失活治疗等方面,帮助残障人士恢复或提高运动功能。

2. 脑机接口游戏:BCI技术结合虚拟现实技术,使玩家可以通过脑电信号进行游戏操控,提供更加沉浸式的游戏体验。

3. 智能辅助设备:BCI技术可以用于控制智能家居设备、智能车辆等,提供更加便捷的人机交互方式。

4. 脑科学研究:BCI技术可用于研究人脑功能、认知过程等方面,为神经科学研究提供重要工具。

四、人脑机接口技术的挑战与未来发展目前的人脑机接口技术还存在一些挑战,如信号质量、识别准确性等方面的问题。

未来,随着科技的不断进步,BCI技术将更加成熟和可靠,应用领域也将不断扩大。

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今天,如果我们想要看电视,我们需要用手控制遥控器;我们想操纵电脑,也必须使用双手。

然而,也许有一天,我们可以改变这一切,因为在不远的将来,人类与机器可以直接对话,不需通过肢体,只需要思维。

这是在做梦吗?不,这是一项新技术—“脑机接口”。

脑机接口(Brain-computer Interface,以下简称BCI),是近年来发展起来的一种人机接口,它不依赖于大脑的正常输出通路(即外围神经和肌肉组织),就可以实现人脑与外界(计算机或其它外部装置)直接通信的系统。

广义上讲,这种通信也可以是双向的,一方面外界的信息(声音、需要记忆的内容等)可以直接传入大脑,比如电子耳蜗、大脑记忆芯片等;另一方面大脑可以直接控制外界环境,本文介绍的是后者。

BCI技术的出现,使得用大脑信号直接控制外界环境的想法成为可能。

要想实现BCI,有三个必要条件:第一,必须有一种能够可靠反映大脑思维的信号;第二,这种信号能够被实时且快速的收集;第三,这种信号有明确的分类。

目前可用于BCI 的人脑信号有:EEG(脑电图),EMG(脑磁图)和fMRI(功能性核磁共振图象)等。

目前大多数BCI研究机构采用的大脑信号是EEG。

人类的每一闪思维,每一种情绪,每一个想法,在大脑中都会产生特定的EEG信号,这种信号由千百万个神经元共同产生,并在大脑内传播。

不同思维情况下产生的神经电活动信号表现出不同的时空变化模式,会导致EEG信号的不同,将检测到的EEG信号传送给计算机或相关装置,经过有效的信号处理与模式识别后,计算机就能识别出使用者的思维状态,并完成所希望的控制行为,比如移动光标、开门、打字和开机等。

一、基本原理1.1 BCI系统的基本结构BCI系统一般都具备信号采集,信号分析和控制器三个功能模块。

(1)信号采集:受试者头部戴上一个电极帽,采集EEG信号,并传送给放大器,信号一般需放大10000倍左右,经过预处理,包括信号的的滤波和A/D 转换,最后转化为数字信号存储于计算机中。

(2)信号分析:利用ICA、PCA、FFT、小波分析等方法,从经过预处理的EEG 信号中提取与受试者意图相关的特定特征量(如频率变化、幅度变化等);特征量提取后交给分类器进行分类,分类器的输出即作为控制器的输入。

(3)控制器:将已分类的信号转换为实际的动作,如在显示器上的光标移动、机械手运动、字母输入、控制轮椅、开电视等。

有些BCI系统还设置了反馈环节(如图1中所示),不仅能让受试者清楚自己的思维产生的控制结果,同时还能够帮助受试者根据这个结果来自主调整脑电信号,以达到预期目标。

BCI系统基本结构1.2 BCI分类BCI系统没有固定模式,有多种分类方式:(1)按照信号获取的方式不同可分为有创伤系统和无创伤系统两种。

有创伤系统需要将电极放置于大脑内部,采集大脑内部的电信号,此法更精确,但有一定创伤风险;目前绝大多数BCI系统为无创伤系统,毋需动手术,只需在受试者头上戴上电极帽以记录EEG信号,没有创伤风险。

(2)按照信号控制的方式不同可分为同步系统和异步系统。

同步系统要求受试者必须在特定的时间产生特定的思维意识,这样便于信号分析,目前大多数BCI系统属于同步系统,一般用于初始阶段;异步BCI系统则不限定受试者何时产生特定的思维意识,系统自动判定并完成相应的控制,受试者可以随心所欲通过思维来完成对外界的控制。

真正实用的BCI系统是异步系统。

(3)根据信号处理的实时性可分为在线系统和离线系统。

在线BCI系统中,信号采样、处理、分析和控制都是实时实现的,同时给受试者反馈,大多数BCI系统是在线系统;离线BCI系统实时记录EEG数据,离线分析这些数据,一般来说离线BCI系统只用来评估测试和抽取特征量。

(4)根据所采用的脑电信号的不同可分为基于P300的BCI、基于慢皮层电位(SCP)的BCI、基于视觉诱发电位(VEP)的BCI、基于事件相关电位(ERP)的BCI等。

目前的BCI系统大多是在线的、同步的和无创伤系统。

二、方法2.1 EEG 信号采样及存储(1)电极目前多数采用按照国际10~20 系统设定好电极位置的电极帽来提取EEG 信号。

(2)电极数目的确定和位置的选择在BCI 研究中,需要确定测量EEG 信号的电极的数目。

较多的电极数目,在提高EEG信号定位的准确性的同时增加了处理的复杂度,建议使用尽可能少的电极。

电极位置的选择取决于BCI系统本身的要求及与EEG信号特征变化相关的脑区。

(3)预处理信号采集过程中,会夹杂干扰,常见的有市电干扰、眼动干扰、声音干扰等,必须通过某种方式减弱或除去干扰,同时保证原有信号成分特征不被改变。

(4)存储通过电极帽采集的信号是模拟信号,在输入到计算机处理之前,必须通过A/D板将其转化为数字信号,以便存储在计算机内进一步分析处理。

2.2 BCI 研究中采用EEG信号的类型(1)P300P300 是一种事件相关电位,其峰值大约出现在事件发生后300毫秒,相关事件发生的概率越小,所引起的P300越显著。

(2)视觉诱发电位视觉器官受到光或图形刺激后,在大脑特定部位所记录的EEG电位变化,称之为视觉诱发电位(VEP)。

(3)事件相关同步或去同步电位单边的肢体运动或想象运动,对侧脑区产生事件相关去同步电位(ERD),同侧脑区产生事件相关同步电位(ERS)。

(4)皮层慢电位皮层慢电位(SCP)是皮层电位的变化,持续时间为几百毫秒到几秒,实验者通过反馈训练学习,可以自主控制SCP 幅度产生正向或负向偏移。

(5)自发脑电信号在不同的意识状态下,人们脑电中的不同节律呈现出各异的活动状态。

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

比如α节律在8-13Hz频段,而β节律则在13-22Hz频段。

采用以上几种脑电信号作为BCI输入信号,具有各自的特点和局限。

P300和VEP 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较高,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产生,但需要大量的特殊训练。

BCI所使用的EEG信号2.3 训练时至今日,大多数BCI研究主要集中于技术层面的研究,即如何更好地采集、处理和分类EEG信号。

然而,EEG信号的产生者是人,而不是机器,他(她)的一举一动都可能会对实验产生影响。

因此,BCI实验中对受试者的训练也是值得关注的。

如何对受试者进行训练呢?也就是说,我们用什么实验方案?不同的BCI 系统采用不同的实验方案。

一般来讲,方案几个阶段,每个阶段又分成若干小节,每一小节大概持续几分钟,每个方案可能会持续半个小时到几个小时。

某些BCI系统基于事件诱发电位的,如P300 或VEP,并不需要训练,受试者按照指示就能启动实验。

通常,为了实验能够顺利开展,在初次实验前,对受试者都要进行训练,只是时间长短而已。

训练的时间和过程因BCI 系统和受试者而异。

在某些BCI系统中,用户必须了解如何自主调节自身的EEG信号幅度,这时训练是必不可少的,而且训练时间可能会很长;在基于模式识别的BCI系统中,训练侧重于获得相应的参数;在基于操作条件方法的BCI系统中,可能需要受试者反复训练,可能长达数月才能达到预计的效果。

Neuroscan脑电系统2.4 反馈大多数BCI系统是需要反馈的,最常见的反馈形式是光标控制,受试者把光标移到指定目标位置,只能使用上/下或左/右两组命令。

一开始,光标在屏幕中央,每一节以光标碰到目标位置或相反位置为结束。

当碰到目标位置,光标会闪烁,说明成功;这种反馈能够加强受试者用意念操作光标的信心。

光标控制提供的反馈是持续性反馈,受试者能够亲眼看到自己意念驱动光标在移动,如方向不对可以及时调整。

在BCI系统中,特别是基于操作条件的BCI系统中,反馈是必要的,受试者需要知道哪种意念能够移动光标朝哪个方向运动,反馈既有好处也有负面影响。

1、好处:(1)激励持续性实验的动力。

看不到结果的实验令人沮丧,不断看到自己能用意念操纵光标朝目的地移动无疑是一种巨大的激励。

(2)吸引受试者的注意力。

不断有进展,会使受试者倍感兴趣,注意力不易分散。

(3)提供反馈给信号处理模块,增强系统的稳定性和准确性。

2、负面影响(1)反馈可能会引起意念“不纯”。

反馈会使受试者会产生实验以外的意念,从而使采集的EEG信号并不仅仅反映实验的内容。

(2)反馈的结果会对受试者EEG信号有影响。

如光标移动中,正确的移动会使受试者加快移动速度;错误的移动会使受试者丧气,两者都会对EEG信号产生影响。

(3)视觉刺激反馈可能会影响?节律。

Scan采集分析软件2.5 算法BCI的算法是指在信号处理阶段,能够将BCI 输入的信号转化为对实际装置进行控制的命令的一系列信号处理算法,也就是说,这些算法可以从当前使用者的脑电信号获得抽象的特征向量,并将这些向量转化为决定设备控制的命令。

一般来讲,这些特征量是包含在特定的频率段内,如果某一特征量代表的思维状态过多,交叉过大,使用这一特征量就很难区分不同思维状态;反之,如果某一特征量能够严格区分不同思维状态,使用这一特征量就能具有很好的功效。

总之,无论采用哪种算法,都以实现最优的性能及良好的实用性为目的。

下面简单介绍几种在信号处理阶段实际用到的算法:(1)独立分量分析(ICA)在脑机接口分析中的应用ICA 方法可从脑电信号中分离出各种不同的独立分量。

在进行预处理之后,可以继而通过设计实验,如进行鼠标移动、手的想象移动、开灯等,对脑电信号进行特征分析和提取,提取进行这些实验时的脑电信号特征,从中发现与之相对应的稳定的思维脑电独立分量模式,进而用于BCI信号的分类。

(2)小波变换对信号进行小波分解,分析EEG信号的分布特点,选择EEG信号能量相对集中且能较好地反映信号主要特征的频带设计小波时频滤波器。

小波变换能准确快速地提取出有明显特征的EEG信号,有利于提高脑机接口通信速度及正确率。

(3)遗传算法(Genetic Algorithm,GA)用遗传算法对特征信号进行分类时,要从检测到的脑电信号中抽提出大量的特征信号,然后通过遗传算法去除伪特征信号,保留有用的特征信号作为驱动信号。

这种算法的特点是要对特征信号进行大量的分析运算,从中找到各种特征参数,然后从中挑取最优的部分,算法的运算量较大。

还有其他很多算法,如人工神经网络、贝叶斯-卡尔曼滤波、线性判别分析等,在此就不一一阐述。

三、研究现状正式研究BCI的时间至今不足20年,目前绝大部分BCI研究处于实验室研究阶段,尚无大规模商业应用。

1999年和2002年两次BCI国际会议的召开以及2006年即将召开的第三届BCI国际会议,为BCI的发展推波助澜。

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