腦—機(jī)接口中運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的特征提取和分類方法研究.pdf

1、腦-機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，它不僅是一種全新的助殘方式和控制手段，對(duì)正常人而言，也能提供一種特殊的信息交流和生活?yuàn)蕵?lè)方式。
　　 腦-機(jī)接口中的控制信號(hào)可以分為自發(fā)腦電信號(hào)和誘發(fā)腦電信號(hào)兩類。由于節(jié)律特征比較明顯，目前對(duì)基于誘發(fā)腦電信號(hào)的腦-機(jī)接口技術(shù)的研究相對(duì)成熟，但是需要額外的刺激系統(tǒng)。而基于自發(fā)腦電信號(hào)的研究采用的腦電控制信號(hào)自發(fā)產(chǎn)生，不需要刺激，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)比較方便，但是節(jié)律特征不是很明顯，這就對(duì)特征提取

2、和分類方法提出了很高的要求，目前大多數(shù)的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，分類正確率不高，很少應(yīng)用于實(shí)際。因此對(duì)基于自發(fā)腦電信號(hào)的腦-機(jī)接口中特征提取和分類方法的研究具有很重要的意義。
　　 運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)是自發(fā)腦電信號(hào)的一種，本文利用實(shí)驗(yàn)室NEUROSCAN平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采集腦電數(shù)據(jù)，對(duì)想象左手握握力器，想象右手握握力器，想象右腳踩油門三類運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)進(jìn)行了研究。首先利用NEUROSCAN 平臺(tái)中SCAN4.3軟件濾除實(shí)驗(yàn)中不可避免的眼電

3、(EOG)干擾成分，然后提出了一種FFT和IFFT結(jié)合的方法對(duì)濾除眼電后的運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均能量分析，來(lái)驗(yàn)證濾波的可行性。
　　 在特征提取方面，對(duì)基于AR模型的功率譜估計(jì)和離散小波分析兩種特征提取方法作了分析。在運(yùn)用常用的基于AR模型的功率譜估計(jì)方法時(shí)，譜圖顯示ERD現(xiàn)象不大明顯，因此本文設(shè)計(jì)了一種基于離散小波分析的特征提取方法，并采用此方法提取了信號(hào)的兩種特征，分別為能量值特征和能量值與小波

4、系數(shù)的組合特征，作為分類器的輸入，用于后面對(duì)這兩種特征和分類器的選擇比較。
　　 在分類器的設(shè)計(jì)中，介紹了三種分類方法：BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)。其中自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器和粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)是本文新設(shè)計(jì)的兩種運(yùn)動(dòng)想象EEG 分類方法。分類結(jié)果表明，在特征的選擇上，采用能量值和小波系數(shù)的組合特征進(jìn)行EEG 分類，效果好于單一的能量值特征，分類正確率較高。在分類方法的選擇上，自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和

5、粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)的分類方法好于常用的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，兩者最高分類正確率都達(dá)到了80％。粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)分類效果稍好，但是增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度；
　　 自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，并且能對(duì)不同受試者的特征自動(dòng)進(jìn)行分類，適應(yīng)性強(qiáng)，因此本文采用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類器的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值的設(shè)定進(jìn)行了算法上的改進(jìn)，進(jìn)一步提高了分類正確率。
　　 最后得出結(jié)論：本文通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)想象左手握