基于視覺誘發(fā)電位的腦機(jī)接口技術(shù)研究.pdf

1、腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCT）技術(shù)是一種涉及神經(jīng)科學(xué)、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、模式識(shí)別等多學(xué)科的交叉技術(shù)?；贐CI技術(shù)可以達(dá)到不依賴于人的外圍神經(jīng)和肌肉，直接與外界進(jìn)行通信或控制的目的。目前的BCI技術(shù)主要致力于為思維正常但運(yùn)動(dòng)功能殘缺的人提供新型的彌補(bǔ)功能和對(duì)外信息交流手段。
　　 視覺誘發(fā)電位（Visual Evoked Potential，VEP）是神經(jīng)系統(tǒng)接受視覺刺激所產(chǎn)生的特定腦電信

2、號(hào)，具有檢測(cè)和處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)，使用者可以利用在不同功能的視覺刺激器作用下產(chǎn)生的VEP對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行選擇、控制和簡(jiǎn)單交流?？梢姡赩EP的BCI系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景。為此，本文圍繞VEP信號(hào)的處理方法展開研究，具體研究成果如下：
　　 （1）基于腦地形圖技術(shù)的VEP信號(hào)預(yù)處理方法
　　 針對(duì)VEP信號(hào)微弱、背景噪聲較嚴(yán)重的問題，提出了基于腦地形圖技術(shù)的VEP信號(hào)預(yù)處理方法。即利用腦頻率地形圖技術(shù)對(duì)多導(dǎo)

3、聯(lián)VEP信號(hào)進(jìn)行分析，確定最能代表視覺刺激誘發(fā)電位的腦電信號(hào)導(dǎo)聯(lián)，并對(duì)傳統(tǒng)累加平均法進(jìn)行改進(jìn)，使這些導(dǎo)聯(lián)信號(hào)按刺激時(shí)間對(duì)齊并進(jìn)行單次累加平均，減少了重復(fù)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)和計(jì)算時(shí)間，并取得了較好的濾波效果。
　　 （2）基于B樣條小波變換的VEP特征提取方法
　　 根據(jù)視覺誘發(fā)電位的非平穩(wěn)性及小波變換的多分辯率分解特性，提出基于B樣條小波變換的特征提取方法。即利用B樣條小波變換法對(duì)視覺誘發(fā)電位信號(hào)進(jìn)行處理，依據(jù)小波分解過程中產(chǎn)生

4、的小波系數(shù)提取目標(biāo)刺激的特征信息。結(jié)果表明，獲得的特征向量可明顯重構(gòu)出VEP信號(hào)特有的P100，N200和P300成分。
　　 （3）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器設(shè)計(jì)
　　 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)任意非線性函數(shù)的逼近能力及較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力。為提高對(duì)視覺誘發(fā)電位的識(shí)別率及穩(wěn)健性，提出一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別方法并在BCI系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集與測(cè)試集，利用從視覺誘發(fā)電位中獲取的特征樣本進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，對(duì)待

5、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別，驗(yàn)證了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的有效性，同時(shí)，為類似BCI系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 （4）視覺刺激實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　 依據(jù)視覺誘發(fā)電位產(chǎn)生的原理，在VC++環(huán)境下完成了視覺刺激器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究，具體包括實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二。其中，實(shí)驗(yàn)一為基于棋盤格翻轉(zhuǎn)視覺刺激器的實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了受試者有意識(shí)的目標(biāo)選擇能夠產(chǎn)生特定的誘發(fā)腦電波形；實(shí)驗(yàn)二為基于九宮格數(shù)字碼盤視覺刺激器的目標(biāo)選擇系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中受試者在多個(gè)數(shù)