基于USB技術(shù)的腦—機接口系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、腦—機接口(Brain-ComputerInterface——BCI)是在人腦和計算機或其他電子設(shè)備之間建立的一種直接的信息交流和控制通道，是一種不依賴于常規(guī)大腦輸出通路(外周神經(jīng)和肌肉組織)的全新的信息交流系統(tǒng)。BCI作為一種全新的信息交換和控制技術(shù)，正受到越來越多的重視；它不僅能為癱瘓病人提供一種與外界進行信息交流和控制的新途徑，而且能應(yīng)用于航天(例如：用思維直接控制飛機)等其它領(lǐng)域。 本論文根據(jù)腦電中一種內(nèi)源性的與認(rèn)知功能

2、有關(guān)的特殊誘發(fā)電位—事件相關(guān)電位(ERP)，其主要與心理因素相關(guān)，如P300等，結(jié)合USB傳輸技術(shù)設(shè)計了基于P300的腦—機接口系統(tǒng)(BCI)。受試者注視Oddball序列的字符，P300單個波出現(xiàn)，腦電信息傳送到計算機，分析得到P300出現(xiàn)時刻對應(yīng)的Oddball序列閃爍的行列號(第幾行第幾列)，例如字符“O”，在第3行第3列，將此信息“33”從計算機傳輸?shù)矫艽a系統(tǒng)，并與預(yù)先設(shè)定的密碼(多個字符)進行比對，如果正確，便開啟密碼鎖、或者

3、輸出打印該字符。 論文將BCI系統(tǒng)劃分為兩大部分，一部分是BCI系統(tǒng)的“軟件部分”，即事件相關(guān)電位(P300)提取的算法研究，另一部分是BCI系統(tǒng)的“硬件部分”即基于USB腦電采集平臺和密碼系統(tǒng)的設(shè)計。 在BCI系統(tǒng)的“軟件部分”，以反映大腦稀少認(rèn)知事件的相關(guān)電位P300為例，闡述了小波變換和獨立分量分解兩種方法的改進思想。針對小波變換(WT)，先去除與P300混雜的EEG背景干擾，然后對消除干擾后的腦電數(shù)據(jù)進行重構(gòu)和P

4、300波峰檢測，在此基礎(chǔ)上嘗試修正P300波峰的潛伏期時移，再通過小波重構(gòu)獲得通常需多次相干平均才能得到的P300波形；針對獨立分量分解(ICA)，采用擴展Informax獨立分量分解算法，先去除眼動、工頻干擾，再重構(gòu)腦電數(shù)據(jù)，并經(jīng)光滑處理，最后經(jīng)少次疊加即可得到比較滿意的P300波形。 在整個BCI,系統(tǒng)“硬件部分”設(shè)計上，應(yīng)用了USB通信技術(shù)。通過USB將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)部，并在VB編寫的軟件環(huán)境中顯示、存儲并進行數(shù)