運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的識(shí)別方法及應(yīng)用.pdf

1、腦-計(jì)算機(jī)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(jìn)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(jī)接口技術(shù)可以為那些思維正常但有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙的患者提供語言交流和環(huán)境控制手段。此外，在自動(dòng)控制、軍事腦認(rèn)知等科學(xué)領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。鑒于其巨大的應(yīng)用前景，腦機(jī)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(jī)控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)(EEG)無需結(jié)構(gòu)化的物理環(huán)境，是腦機(jī)接口研究中廣

2、泛采用的一種思維作業(yè)方式。對(duì)運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的識(shí)別精度和速度問題是腦機(jī)接口技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。本文圍繞運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的識(shí)別問題展開研究，并取得了如下研究成果： 第一，針對(duì)運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)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(hào)分類準(zhǔn)確率降低的問題，提出一種改進(jìn)的共同空間模式算法(CSP)。該算法通過對(duì)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(jìn)行濾波，確定腦電信號(hào)的有效時(shí)段，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的表征運(yùn)

3、動(dòng)想象腦電信號(hào)狀態(tài)的最優(yōu)特征向量，進(jìn)而提出特征向量新的定義方法。利用改進(jìn)的CSP算法提取運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的特征，同時(shí)選用支持向量機(jī)為分類器，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的識(shí)別。基于該方法對(duì)GRAZ大學(xué)提供的運(yùn)動(dòng)想象腦電數(shù)據(jù)(Data III)進(jìn)行了識(shí)別和分析。結(jié)果表明，改進(jìn)的CSP算法能更準(zhǔn)確地反映腦電信號(hào)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(duì)于不同時(shí)段腦電信號(hào)識(shí)別方法存在識(shí)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(jī)的腦電信號(hào)識(shí)別方法。在集成支持向量機(jī)的個(gè)體生成過程中，分別采用Bagging和交叉篩選兩種方式，同時(shí)對(duì)Bagging方法進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)影響集成性能的因素進(jìn)行了分析。利用該方法對(duì)Tubingen大學(xué)提供的不同時(shí)段采集的想象手指、舌頭運(yùn)動(dòng)的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，結(jié)果表明，基于集成支持向量機(jī)的識(shí)別結(jié)果要明顯優(yōu)于基于單個(gè)支持向量機(jī)的識(shí)別結(jié)果，而且采用交叉篩選方式及改進(jìn)后的Bagging方式更具有優(yōu)勢(shì)。 第三，設(shè)

5、計(jì)了腦電信號(hào)采集軟件，其中包括了三部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)一要求受試者在視覺刺激下完成左右手敲擊鍵盤時(shí)腦電信號(hào)的采集。實(shí)驗(yàn)二要求受試者在視覺刺激下完成想象左右手運(yùn)動(dòng)時(shí)腦電信號(hào)的采集。實(shí)驗(yàn)三要求受試者在聽覺刺激下完成左右手敲擊鍵盤時(shí)腦電信號(hào)的采集。實(shí)驗(yàn)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(jī)相結(jié)合的方法對(duì)以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)的腦電數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了識(shí)別和分析，結(jié)果表明，在存在眼電干擾的情況下，C