運動想象腦電信號的識別方法及應(yīng)用.pdf

1、腦-計算機接口是指能夠使人不依賴周圍神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉，而與外界進行通信或控制的設(shè)備。作為一種全新的通信和控制技術(shù)，腦機接口技術(shù)可以為那些思維正常但有嚴(yán)重運動障礙的患者提供語言交流和環(huán)境控制手段。此外，在自動控制、軍事腦認(rèn)知等科學(xué)領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用價值。鑒于其巨大的應(yīng)用前景，腦機接口已經(jīng)引起國際科學(xué)界的高度重視，成為腦科學(xué)、康復(fù)工程、生物醫(yī)學(xué)工程及人機控制領(lǐng)域的一個研究熱點。運動想象腦電信號(EEG)無需結(jié)構(gòu)化的物理環(huán)境，是腦機接口研究中廣

2、泛采用的一種思維作業(yè)方式。對運動想象腦電信號的識別精度和速度問題是腦機接口技術(shù)從實驗室研究走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。本文圍繞運動想象腦電信號的識別問題展開研究，并取得了如下研究成果： 第一，針對運動想象的腦機接口系統(tǒng)中，在電極導(dǎo)聯(lián)數(shù)少的情況下存在腦電信號分類準(zhǔn)確率降低的問題，提出一種改進的共同空間模式算法(CSP)。該算法通過對事件相關(guān)去同步/事件相關(guān)同步生理現(xiàn)象較明顯的頻段進行濾波，確定腦電信號的有效時段，選取最大特征值對應(yīng)的表征運

3、動想象腦電信號狀態(tài)的最優(yōu)特征向量，進而提出特征向量新的定義方法。利用改進的CSP算法提取運動想象腦電信號的特征，同時選用支持向量機為分類器，實現(xiàn)對運動想象腦電信號的識別?；谠摲椒▽RAZ大學(xué)提供的運動想象腦電數(shù)據(jù)(Data III)進行了識別和分析。結(jié)果表明，改進的CSP算法能更準(zhǔn)確地反映腦電信號的任務(wù)狀態(tài)，有效避免了特征模式的重復(fù)選取問題，具有更優(yōu)的分類性能。 第二，對于不同時段腦電信號識別方法存在識別率低、穩(wěn)健性差的不足

4、，提出一種基于集成支持向量機的腦電信號識別方法。在集成支持向量機的個體生成過程中，分別采用Bagging和交叉篩選兩種方式，同時對Bagging方法進行了改進，并對影響集成性能的因素進行了分析。利用該方法對Tubingen大學(xué)提供的不同時段采集的想象手指、舌頭運動的腦電數(shù)據(jù)進行識別，結(jié)果表明，基于集成支持向量機的識別結(jié)果要明顯優(yōu)于基于單個支持向量機的識別結(jié)果，而且采用交叉篩選方式及改進后的Bagging方式更具有優(yōu)勢。 第三，設(shè)

5、計了腦電信號采集軟件，其中包括了三部分實驗內(nèi)容。實驗一要求受試者在視覺刺激下完成左右手敲擊鍵盤時腦電信號的采集。實驗二要求受試者在視覺刺激下完成想象左右手運動時腦電信號的采集。實驗三要求受試者在聽覺刺激下完成左右手敲擊鍵盤時腦電信號的采集。實驗過程中采用的腦電采集設(shè)備為中科新拓儀器公司生產(chǎn)的NT9200系列腦電圖儀。利用共同空間模式和支持向量機相結(jié)合的方法對以上三個實驗的腦電數(shù)據(jù)分別進行了識別和分析，結(jié)果表明，在存在眼電干擾的情況下，C