基于視覺雙特征的并行腦-機(jī)接口范式的研究.pdf

1、腦-機(jī)接口這一概念在二十世紀(jì)七十年代被首次提出，至今已有幾十年的發(fā)展歷史。從最開始的旨在幫助殘疾人或嚴(yán)重神經(jīng)肌肉受損而生活不能自理的人重新建立與外界的正常交流，到如今的多元領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用，如在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、娛樂領(lǐng)域、特殊作業(yè)領(lǐng)域及生物身份識別領(lǐng)域等等。
　　傳統(tǒng)腦-機(jī)接口系統(tǒng)僅采用單一的腦電信號作為輸入信號，常常存在一定的缺陷和不足，如在傳統(tǒng)的P300speller中，系統(tǒng)需要遍歷所有行列刺激才能最終確定所選字符，存在傳輸速率低、

2、執(zhí)行效率差等問題。
　　聯(lián)合腦-機(jī)接口就是將不同類型的腦-機(jī)接口相結(jié)合，或在一種腦-機(jī)接口的基礎(chǔ)上加入其他控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)混合控制方式，它與傳統(tǒng)單一的腦-機(jī)接口系統(tǒng)相比，能在多任務(wù)情況下提高執(zhí)行效率，因此本文提出了一種基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP)和運(yùn)動(dòng)起始視覺誘發(fā)電位(MVEP)的并行腦-機(jī)接口范式。
　　刺激范式為一種新型的3*3字符矩陣，使其縱列矩陣方框內(nèi)的豎條按照同一頻率閃爍以誘發(fā) SSVEP，橫行方框內(nèi)豎條按行

3、隨機(jī)運(yùn)動(dòng)以誘發(fā) MVEP。8位被試者參與了聯(lián)合范式和單一的基于MVEP的范式實(shí)驗(yàn)，并從時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域上對其進(jìn)行了特征分析。聯(lián)合范式下，通過對各導(dǎo)聯(lián)采集到的腦電信號經(jīng)過多次疊加平均，發(fā)現(xiàn)時(shí)域上頂顳葉區(qū)的MVEP的特征成分 N200電位在靶刺激出現(xiàn)后的200ms左右被明顯的誘發(fā)出來，并作不同時(shí)刻的腦地形幅值圖發(fā)現(xiàn)聯(lián)合范式在300ms左右較單一范式還誘發(fā)了明顯的P300，同時(shí)比較聯(lián)合范式與單一范式N200的潛伏期，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合范式N200的

4、潛伏期明顯延長(P<0.05)；采用周期圖法對枕區(qū)導(dǎo)聯(lián)在頻域上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)現(xiàn)明顯誘發(fā)了與目標(biāo)字符閃爍頻率對應(yīng)的SSVEP，枕區(qū)導(dǎo)聯(lián)的幅值隨著離Oz導(dǎo)聯(lián)距離的增加而降低；對Oz導(dǎo)聯(lián)上獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)被試者誘發(fā)腦電的頻率隨著時(shí)間變化保持不變且不間斷，但其中有2位被試者出現(xiàn)了SSVEP阻斷的現(xiàn)象，為了進(jìn)一步驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)刺激的出現(xiàn)是否會對SSVEP的誘發(fā)起到抑制作用，采用典型相關(guān)分析方法對枕區(qū)信號進(jìn)行處理，結(jié)果表明當(dāng)運(yùn)動(dòng)

5、刺激出現(xiàn)時(shí)，枕區(qū)腦電信號與刺激頻率的相關(guān)系數(shù)ρ值小于運(yùn)動(dòng)刺激不出現(xiàn)時(shí)，驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)刺激的出現(xiàn)會在一定程度上抑制SSVEP的誘發(fā)，但這一特性個(gè)體差異較大。最后對兩種范式得到的腦電信號利用支持向量機(jī)進(jìn)行分類，分別計(jì)算分類正確率和信息傳輸速率。結(jié)果顯示，聯(lián)合范式在分類正確率及信息傳輸速率上均優(yōu)于單一范式，并且選擇次數(shù)2次以上，聯(lián)合范式的平均正確率提高了3％以上，當(dāng)相同目標(biāo)字符刺激重復(fù)3次以上，數(shù)據(jù)平均后，聯(lián)合范式的正確率達(dá)90%以上，聯(lián)合范式的