刺激輔助的腦電信號(hào)特征增強(qiáng)方法與混合式腦機(jī)接口.pdf

1、腦機(jī)接口（Brain-computer Interface,BCI）建立了中樞神經(jīng)的大腦與外界環(huán)境的直接交互，這將帶來(lái)全新的人機(jī)交互革命。但從目前的BCI發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，仍然存在著識(shí)別率整體上普遍偏低，較多無(wú)效受試者（“BCI盲”，識(shí)別率低于70％，國(guó)際公認(rèn)水平）等關(guān)鍵性問(wèn)題。在人們對(duì)復(fù)雜大腦的認(rèn)識(shí)還極其有限的背景下，機(jī)器學(xué)習(xí)解碼算法還不能完全解決BCI所面臨的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。這就迫切需要新的方法和手段為BCI的研究注入新的發(fā)展動(dòng)力，本文在上

2、百次的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開(kāi)展了如下工作：
　　（一）基于感覺(jué)皮層振蕩節(jié)律響應(yīng)（event-related desynchronization/synchro-nization，ERD/ERS），本文提出選擇性注意在觸覺(jué)模式下的選擇性感受BCI，以及在獨(dú)立模式下的體感注意力朝向BCI。
　　1.本文創(chuàng)建了選擇性感受腦機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)了大腦左手或右手感受意圖的解碼。43人次的大量受試者實(shí)驗(yàn)顯示出，其平均識(shí)別率達(dá)到79.22%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)其存

3、在性和可用性進(jìn)行了證明，在現(xiàn)有的觸覺(jué)腦機(jī)接口當(dāng)中被證明是解碼率最高、BCI盲最少的腦機(jī)接口模式。
　　2.通過(guò)選擇性感受BCI在刺激撤銷(xiāo)條件下的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，本文發(fā)現(xiàn)一種可用于BCI的自發(fā)腦信號(hào)，并由此構(gòu)建了基于體感注意力朝向的獨(dú)立式BCI模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該獨(dú)立式BCI平均識(shí)別率超過(guò)75%，驗(yàn)證了其存在性和有效性，這對(duì)于豐富和發(fā)展獨(dú)立式BCI具有重要意義。
　?。ǘ┰谒鶆?chuàng)建的觸覺(jué)BCI基礎(chǔ)上，本文提出了多模態(tài)混合增強(qiáng)方法（

4、亦即混合式腦機(jī)接口），并在獨(dú)立模式下展開(kāi)了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
　　1.提出了一種新的綜合了想象運(yùn)動(dòng)與選擇性感受兩種不同腦信號(hào)的混合式BCI（左手選擇性感受與右手想象運(yùn)動(dòng)所構(gòu)建的BCI）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該混合式BCI可以顯著性地提升單一模態(tài)下BCI整體識(shí)別率水平，有效地解決BCI盲等問(wèn)題。
　　2.受所發(fā)現(xiàn)的混合增強(qiáng)效應(yīng)啟發(fā)，本文在獨(dú)立工作模式下對(duì)混合增強(qiáng)方法展開(kāi)了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，從而提出一種無(wú)訓(xùn)練方法以提高獨(dú)立式BCI的可用性。通過(guò)32人

5、次的組間和組內(nèi)比較，本文發(fā)現(xiàn)在獨(dú)立模式下混合增強(qiáng)效應(yīng)依然存在。這對(duì)獨(dú)立式BCI的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
　?。ㄈ┍疚奶岢隽舜碳ぽo助增強(qiáng)范式，該方法有別于算法的方法，從另一個(gè)層面來(lái)提高現(xiàn)有想象運(yùn)動(dòng)BCI的可用性。將幻覺(jué)運(yùn)動(dòng)這一生理現(xiàn)象引入到BCI研究中，通過(guò)對(duì)腕部肌肉筋腱進(jìn)行振動(dòng)刺激產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)幻覺(jué)感，從而實(shí)現(xiàn)想象運(yùn)動(dòng)的刺激輔助校驗(yàn)和刺激輔助增強(qiáng)。
　　1.刺激輔助校驗(yàn)，提供了一種新的想象運(yùn)動(dòng)BCI系統(tǒng)校驗(yàn)方法（幻覺(jué)運(yùn)動(dòng)感受解碼

6、想象運(yùn)動(dòng)）。
　　2.刺激輔助增強(qiáng)，增強(qiáng)想象運(yùn)動(dòng)中虛擬的運(yùn)動(dòng)本體感并為想象運(yùn)動(dòng)提供客觀的任務(wù)指導(dǎo)，從而提升想象運(yùn)動(dòng)BCI識(shí)別率水平。30人次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該刺激輔助方法的有效性，這將為想象運(yùn)動(dòng)BCI提供重要的研究思路。
　　本論文的主旨是通過(guò)提出新的BCI模式、多模態(tài)混合增強(qiáng)及刺激輔助增強(qiáng)等方法，為BCI發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)問(wèn)題提供一種新的認(rèn)識(shí)，并有效地提高BCI整體識(shí)別率水平，顯著地減少BCI盲群體數(shù)。這些將為BCI的深入研究與廣