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腦機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

2017-03-14 01:47雷煜
關(guān)鍵詞:腦機(jī)腦電被試者

雷煜

(軍事醫(yī)學(xué)研究院軍事認(rèn)知與腦科學(xué)研究所,北京 100850)

腦機(jī)接口(brain-computer interface,BCI)是一種實(shí)現(xiàn)人腦和計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備之間通信的系統(tǒng)。BCI系統(tǒng)通過(guò)在人腦和計(jì)算機(jī)之間建立直接的信息傳輸通道,實(shí)現(xiàn)大腦與外部世界的直接交互。BCI的概念是在1973年由 Vidal[1]首次提出,初衷是幫助身體有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙的人實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制,為他們創(chuàng)建一個(gè)和外界交互的全新通道。近20年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展,來(lái)自不同領(lǐng)域的研究者共同推動(dòng)BCI的研究取得了突破性的進(jìn)展。

根據(jù)電極的不同,BCI系統(tǒng)可以分為3大類。第一類是將微電極陣列直接植入大腦內(nèi),通過(guò)電極直接記錄細(xì)胞的放電信號(hào);第二類是將電極放置于大腦皮質(zhì)的表面,記錄大腦皮質(zhì)電位信號(hào);第三類是將電極置于大腦頭皮上,記錄大腦頭皮電信號(hào)。前兩類方法都是侵入式的BCI系統(tǒng),雖然能夠獲得高空間分辨率、高信噪比的神經(jīng)電信號(hào),但是因?yàn)樾枰秩氪竽X,因此,難以進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的記錄,并且還存在感染的風(fēng)險(xiǎn)。第三類方法記錄到的雖然是大量神經(jīng)元的群體電活動(dòng)信號(hào),而且由于顱骨對(duì)電信號(hào)傳播的阻礙,記錄到的信號(hào)空間分辨率、信噪比都很低,但是頭皮腦電作為3類BCI中唯一具有無(wú)創(chuàng)性的方法,采集方便、安全性高、成本較低?;陬^皮腦電的BCI系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣且適用場(chǎng)景更多,是研究最多的一種BCI系統(tǒng)。本文提到的BCI系統(tǒng)特指基于頭皮腦電的BCI。

1 腦機(jī)接口系統(tǒng)的組成

基于頭皮腦電的BCI系統(tǒng)主要由3部分組成,分別是信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和交互控制模塊。其中信號(hào)采集模塊主要包括采集電極、信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳輸?shù)炔糠?。信?hào)處理包括信號(hào)預(yù)處理、特征提取與模式識(shí)別等部分。交互控制則是將不同的腦電特征轉(zhuǎn)換成控制指令,實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。

BCI系統(tǒng)中最核心的問(wèn)題是找到不同的穩(wěn)定腦電特征信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換成不同的指令,從而與外部設(shè)備進(jìn)行交互。BCI系統(tǒng)能提取的不同特征模式越多,產(chǎn)生的指令也就越多。目前,BCI系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)主要包括突破現(xiàn)有的材料限制,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定信號(hào)采集,并開發(fā)有效的特征提取算法,從極低信噪比的頭皮腦電信號(hào)中獲取有用的大腦活動(dòng)信息。

2 常見腦機(jī)接口控制模式

用于BCI控制的腦電信號(hào)主要分為2類,分別是外源性成分和內(nèi)源性成分。外源性成分是指由外部刺激誘發(fā)的腦電信號(hào),主要有視覺和聽覺誘發(fā)電位等。內(nèi)源性成分是指大腦自發(fā)產(chǎn)生的腦電信號(hào),例如在執(zhí)行某種認(rèn)知任務(wù)時(shí)或被試者通過(guò)自我調(diào)節(jié)都可以產(chǎn)生。常見的BCI控制信號(hào)主要有以下幾種。

2.1 穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位

視覺誘發(fā)電位是由外界視覺刺激所引起的視覺皮質(zhì)的電活動(dòng),Regan[2]在1979年首先發(fā)表了關(guān)于視覺誘發(fā)電位的開創(chuàng)性工作。隨后的研究發(fā)現(xiàn),利用固定頻率的視覺刺激對(duì)被試者進(jìn)行刺激,視皮質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生受到刺激頻率調(diào)制的腦電信號(hào)。例如,當(dāng)被試者注視一個(gè)以7 Hz閃爍的視覺刺激時(shí),在其大腦的視覺皮質(zhì)區(qū)域就可以記錄到一個(gè)7 Hz的信號(hào)成分;此外,還可以記錄到很多諧波成分,例如14 Hz和21 Hz等,這種明顯受到刺激頻率調(diào)制的腦電信號(hào)就被稱為穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(steady state visually evoked potentials,SSVEP)。最常見的SSVEP BCI系統(tǒng)就是通過(guò)SSVEP攜帶的頻率信息判斷被試注視的屏幕位置,從而確定被試者注視的視覺刺激。

2.2 運(yùn)動(dòng)想象節(jié)律信號(hào)

當(dāng)大腦處于沒有處理感覺信息或運(yùn)動(dòng)控制的放松狀態(tài)時(shí),在感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)域能夠記錄到頻率為8~12 Hz的節(jié)律性腦電信號(hào),也被稱作mu節(jié)律。當(dāng)被試者執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)或者想象運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)域的這種mu節(jié)律信號(hào)就會(huì)發(fā)生改變,出現(xiàn)增強(qiáng)或者減弱。通過(guò)識(shí)別mu節(jié)律信號(hào)的變化模式就可以識(shí)別不同的運(yùn)動(dòng)想象任務(wù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)交互。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)我們想象單側(cè)手部運(yùn)動(dòng)時(shí),表現(xiàn)出同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域mu節(jié)律升高,對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)域mu節(jié)律下降的特點(diǎn),這種mu節(jié)律的下降和升高分別稱作大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)域mu節(jié)律的事件相關(guān)去同步化和同步化(event-related desynchronization/synchronization,ERD/ERS)[3]。除了想象手的運(yùn)動(dòng)之外,當(dāng)我們想象腳動(dòng)時(shí),頭頂中央?yún)^(qū)域也會(huì)出現(xiàn)明顯的ERD現(xiàn)象[4]。通過(guò)算法識(shí)別腦電信號(hào)中ERD/ERS的空間分布,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)的識(shí)別,進(jìn)而產(chǎn)生控制指令和外部設(shè)備進(jìn)行交互。

2.3 P300電位

P300電位是一種事件相關(guān)電位,由Sutton等[5]最早在oddball實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),是出現(xiàn)在新奇事件之后250~450 ms之間的一個(gè)正波,屬于內(nèi)源性成分。研究表明,P300電位的強(qiáng)弱和新奇事件出現(xiàn)的概率直接相關(guān),新奇事件出現(xiàn)的概率越小,其所誘發(fā)的P300電位成分越強(qiáng)。但是,如果新奇事件出現(xiàn)的概率太小,其誘發(fā)P300電位成分的時(shí)間就越長(zhǎng),從而影響B(tài)CI系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。最常見的基于P300電位的BCI系統(tǒng)是腦控打字機(jī)[6],其基本原理是利用字符矩陣的隨機(jī)閃爍,利用被試者想要輸入的字符誘發(fā)P300電位信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)腦控字符輸入?;赑300電位的BCI系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是使用者不需要進(jìn)行專門的訓(xùn)練,大大擴(kuò)展了系統(tǒng)的適用范圍。

2.4 混合腦機(jī)接口

近年來(lái),為了提升腦機(jī)接口的應(yīng)用范圍,研究者提出了混合BCI的概念[7]。其定義是指不同腦信號(hào)或者不同BCI類型的混合,混合的方式主要有串聯(lián)混合和并聯(lián)混合2種(圖1)?;旌螧CI的目的主要是通過(guò)多種信號(hào)或范式的混合,提升解碼準(zhǔn)確率或效率。Pfurtscheller等[7]通過(guò)將 SSVEP和運(yùn)動(dòng)想象結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作和休息狀態(tài)的檢測(cè),并在顯著提升系統(tǒng)分類正確率的同時(shí)減少了假陽(yáng)性錯(cuò)誤率。近年來(lái),大量研究者對(duì)SSVEP和運(yùn)動(dòng)想象結(jié)合的腦機(jī)接口系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,提出了多種結(jié)合范式,提升了BCI系統(tǒng)的易用性[8]?;赟SVEP和P300電位的混合BCI系統(tǒng)主要用于改善字符輸入效率,提高字符識(shí)別準(zhǔn)確率[9-11]。李遠(yuǎn)清教授團(tuán)隊(duì)[12]將運(yùn)動(dòng)想象和P300電位結(jié)合,成功實(shí)現(xiàn)了電腦光標(biāo)在二維空間的自由移動(dòng)。

除了將不同的BCI系統(tǒng)進(jìn)行混合之外,研究者還嘗試將生理信號(hào)與BCI系統(tǒng)進(jìn)行混合。Leeb等[13]通過(guò)將肌電信號(hào)與腦電信號(hào)進(jìn)行融合,提高了左右手運(yùn)動(dòng)意圖解碼的穩(wěn)定性和正確率。

3 腦機(jī)接口系統(tǒng)中的信號(hào)處理

3.1 信號(hào)預(yù)處理

腦電信號(hào)是一種低信噪比的生物電信號(hào),信號(hào)中包含大量的噪聲和偽跡,因此在數(shù)據(jù)處理中需要首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,盡量保留原始信號(hào)中的有用信息并去除噪聲。針對(duì)不同的噪聲和偽跡,常用的預(yù)處理方法包括主成分分析、獨(dú)立成分分析、帶通濾波、典型相關(guān)分析和回歸等。對(duì)于ERP信號(hào),還可以通過(guò)疊加平均的方法提高信噪比。

圖1 混合腦機(jī)接口(BCI)的不同模式[7].EEG:頭皮腦電圖;ERD:事件相關(guān)去同步化;SSVEP:穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位

3.2 特征提取

特征提取是BCI系統(tǒng)的核心部分,目的是為了提取特定的特征用于進(jìn)行外部控制。針對(duì)不同的BCI類型,提取的特征有很大差別。例如,基于P300電位的BCI系統(tǒng)主要提取的是時(shí)域特征,基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI系統(tǒng)主要提取的是頻率特征,基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的BCI系統(tǒng)主要提取的是頻率成分的幅度、相位等信息。對(duì)于時(shí)域特征,常用的分析方法包括峰值檢測(cè)、波形面積計(jì)算等。對(duì)于頻域特征的提取,常用的方法包括譜分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自回歸(autoregressive,AR)[14]等。對(duì)于空間信息的提取,共空間模式分析(common spatial pattern,CSP)是應(yīng)用最廣泛的一種特征提取方法[15]。這種方法通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)得到使得2類信號(hào)方差最大的空間濾波器,然后再將得到的空間濾波器應(yīng)用于在線數(shù)據(jù)分析,得到差異最大化的腦電特征。由于CSP方法具有良好的效果,研究者們又進(jìn)行了深入研究,并提出了多種改進(jìn)的CSP算法,進(jìn)一步提升了算法的魯棒性和抗噪能力[16-18]。此外,很多研究者還嘗試在不同的信號(hào)域進(jìn)行聯(lián)合特征提取,例如,基于小波變換的時(shí)頻特征提?。?9],基于空間自適應(yīng)的時(shí)空特征提?。?0]和基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的特征提取方法[21]等。

3.3 分類識(shí)別

腦電信號(hào)分類的目的是將腦活動(dòng)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)命令,實(shí)現(xiàn)腦機(jī)之間的交互,是決定BCI系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)提取的腦電特征和分類數(shù)目選擇合適的分類器。常用的線性分類器主要有線性支持向量機(jī)和線性判別分析[20]。常用的非線性分類器有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性支持向量機(jī)和隱馬爾科夫模型等。還有研究者將由多個(gè)分類器組成的組合分類器應(yīng)用于BCI系統(tǒng)并取得了較好的效果[22]。此外,深度學(xué)習(xí)技術(shù)也被應(yīng)用于腦信號(hào)分類,展現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景[23]。

4 腦機(jī)接口系統(tǒng)的典型應(yīng)用分析

4.1 基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)的腦控拼寫系統(tǒng)

清華大學(xué)的高上凱教授等[24]最早將SSVEP應(yīng)用于BCI,成功構(gòu)建了一個(gè)能夠控制光標(biāo)在二維平面中移動(dòng)的BCI系統(tǒng)。他們通過(guò)4個(gè)以不同頻率閃爍的方塊來(lái)編碼上下左右4個(gè)方向,根據(jù)被試者看不同方塊所誘發(fā)的SSVEP信號(hào)來(lái)控制光標(biāo)的移動(dòng)。將不同的字符同時(shí)呈現(xiàn)在屏幕上,并對(duì)每個(gè)字符設(shè)置一個(gè)特定的閃爍頻率,就可以通過(guò)提取SSVEP信號(hào)的特征,判斷被試者正在看的字母,從而實(shí)現(xiàn)利用腦電波進(jìn)行字符輸入。對(duì)于一個(gè)信息輸入BCI系統(tǒng)來(lái)說(shuō),信息傳輸速率(information transfer rate,ITR)是最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。ITR的具體含義是指1分鐘內(nèi)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)(bit·min-1),其具體定義如式①所示(M表示識(shí)別任務(wù)的數(shù)目,P表示分類準(zhǔn)確率,T是一次選擇的平均耗時(shí))。

為了保證較高的識(shí)別正確率,不同字符誘發(fā)的SSVEP必須在特定的變換域上滿足正交或近似正交的性質(zhì),這也導(dǎo)致SSVEP腦機(jī)接口系統(tǒng)的ITR一直難以滿足實(shí)用化的需要,平均ITR只能達(dá)到大約60 bit·min-1。最近,高小榕、高上凱教授團(tuán)隊(duì)[25]通過(guò)聯(lián)合頻率-相位調(diào)制方法,將SSVEP字符輸入系統(tǒng)的通訊速率提升到了270 bit·min-1的水平,極大的提高了腦控拼寫系統(tǒng)的實(shí)用化水平。

4.2 基于運(yùn)動(dòng)想象的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

通過(guò)提取想象不同肢體部位運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)節(jié)律信號(hào)的變化特征,可以對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制。在基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI系統(tǒng)中,能夠穩(wěn)定提取的信號(hào)特征數(shù)目決定了外部控制系統(tǒng)的自由度,自由度越高控制就越靈活,應(yīng)用也就越廣。大量研究通過(guò)譜分解[26]、AR模型[27]和空間特征提?。?8]對(duì)運(yùn)動(dòng)想象節(jié)律信號(hào)的解碼進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了基于分類的左右手或腳的想象運(yùn)動(dòng)解碼。另一種運(yùn)動(dòng)想象解碼的思路是通過(guò)運(yùn)動(dòng)想象節(jié)律信號(hào)的線性組合進(jìn)行連續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制。Wolpaw等[29-30]通過(guò)將運(yùn)動(dòng)想象節(jié)律信號(hào)進(jìn)行線性組合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同物體的連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制。近年來(lái),美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的賀斌教授團(tuán)隊(duì)[31]在運(yùn)動(dòng)想象信號(hào)的解碼方面做了大量開創(chuàng)性的工作,首次實(shí)現(xiàn)了利用運(yùn)動(dòng)想象信號(hào)控制無(wú)人機(jī)在三維空間的飛行。2016年,賀斌教授團(tuán)隊(duì)[32]又成功實(shí)現(xiàn)了通過(guò)解碼運(yùn)動(dòng)想象信號(hào)控制虛擬機(jī)械臂在三維空間的移動(dòng),完成對(duì)物體的抓取和放置。這些研究表明,基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI系統(tǒng)具有完成復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的潛力。

4.3 基于P300電位的圖像檢索系統(tǒng)

P300電位成分是一個(gè)與高級(jí)認(rèn)知加工過(guò)程相關(guān)的神經(jīng)電活動(dòng),可以反映注意力分配和記憶加工過(guò)程[33],因此,有研究者提出可以通過(guò)探測(cè)P300電位信號(hào)來(lái)構(gòu)建圖像檢索系統(tǒng)。其基本假設(shè):是人在看到感興趣的目標(biāo)時(shí),會(huì)產(chǎn)生P300電位,因此,當(dāng)把很多圖片在被試者眼前進(jìn)行快速連續(xù)呈現(xiàn)時(shí),如果某一張圖片中含有被試者感興趣的目標(biāo),就能檢測(cè)到P300電位信號(hào)。但是在構(gòu)建實(shí)用的P300電位圖像檢索系統(tǒng)時(shí),面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是ERP成分的檢測(cè)需要進(jìn)行多次疊加平均來(lái)提高信噪比,這就需要對(duì)同一個(gè)刺激進(jìn)行反復(fù)呈現(xiàn),而這并不適用于大規(guī)模圖像的快速檢索。因此,研究者開始探索如何從單次刺激中提取ERP特征,從而構(gòu)建實(shí)用的BCI系統(tǒng)。通過(guò)單次ERP進(jìn)行圖像檢索所依賴的實(shí)驗(yàn)范式被稱作快速序列視覺呈現(xiàn)(rapid serial visual presentation,RSVP)。Gerson 等[34]首先將RSVP范式應(yīng)用于圖像檢索,他們以每秒10張的頻率給被試者呈現(xiàn)自然場(chǎng)景圖片,通過(guò)頭皮腦電圖(electroencephalography,EEG)信號(hào)判斷哪些圖片中有人。結(jié)果表明,單次EEG信號(hào)就能有效識(shí)別目標(biāo)圖像。此外,還有研究者將RSVP范式應(yīng)用于衛(wèi)星圖像中的目標(biāo)搜索。例如,Huang等[35]利用RSVP范式進(jìn)行衛(wèi)星圖像中導(dǎo)彈基地的搜索,Bigdely-Shamlo等[36]利用RSVP范式進(jìn)行衛(wèi)星圖像中飛機(jī)的搜索。研究結(jié)果表明,有時(shí)候被試者并沒有意識(shí)到目標(biāo)的存在,但是通過(guò)EEG信號(hào)得到的圖像檢索正確率仍然很高,表明EEG信號(hào)能夠反映大腦的潛意識(shí)活動(dòng)。

5 腦機(jī)接口技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

5.1 提升信息傳輸速率

目前BCI系統(tǒng)的平均ITR只有60~70 bit·min-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日常交流的需要。因此,如何提升信息傳輸速率是BCI系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)實(shí)用化面臨的巨大挑戰(zhàn)。從ITR的定義可以看出,提升ITR主要的途徑包括:①提升分類準(zhǔn)確率;②增加識(shí)別任務(wù)的數(shù)目;③減少單次選擇的時(shí)間。其中提升分類正確率潛在的方法包括:通過(guò)改善預(yù)處理方法,提高腦電信號(hào)的信噪比;通過(guò)改進(jìn)BCI范式,提高信號(hào)的信噪比。改進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法,提升分類正確率。增加識(shí)別任務(wù)的數(shù)目需要對(duì)BCI范式進(jìn)行改進(jìn),充分利用信號(hào)的時(shí)間空間和頻率空間。減少單次選擇的時(shí)間可以通過(guò)自適應(yīng)算法,自動(dòng)調(diào)整每次選擇的時(shí)間實(shí)現(xiàn)。

5.2 開發(fā)真正實(shí)用的腦機(jī)接口系統(tǒng)

目前的BCI系統(tǒng)大部分還局限于實(shí)驗(yàn)室條件,在易用性、成本控制和系統(tǒng)魯棒性方面仍然與實(shí)際應(yīng)用存在較大差距。首先,采集系統(tǒng)不夠便攜。對(duì)于腦電信號(hào)的采集目前最常用的還是濕電極,其主要的缺點(diǎn)是準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)電介質(zhì)的導(dǎo)電特性會(huì)隨著時(shí)間改變,無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間采集。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有人將干電極應(yīng)用于BCI系統(tǒng),但是干電極在信號(hào)穩(wěn)定性、信噪比上還有很多不足,仍需進(jìn)行改進(jìn)完善。其次,因?yàn)槟X電信號(hào)屬于弱信號(hào),需要放大器進(jìn)行信號(hào)放大,目前的商用腦電采集系統(tǒng)放大器都比較大,不利于攜帶,離實(shí)用化還有一段距離。最后,實(shí)用化的BCI系統(tǒng)所處的環(huán)境要比實(shí)驗(yàn)室環(huán)境復(fù)雜很多,腦電信號(hào)會(huì)受到各種干擾源的影響,而現(xiàn)有的去噪算法往往只針對(duì)幾種特定噪聲,因此很難有效去除腦電中的所有噪聲,給后期的特征提取帶來(lái)了很大的困難。

5.3 個(gè)體差異

腦電信號(hào)的表征模式具有極大的個(gè)體差異性,而且同一個(gè)人在不同的狀態(tài)下腦電信號(hào)的差異也非常大。很多BCI中的特征提取算法都是針對(duì)不同的被試者進(jìn)行構(gòu)建的,不具有普適性,很難推廣應(yīng)用。因此,開發(fā)具有無(wú)監(jiān)督或半監(jiān)督特性的自適應(yīng)算法,根據(jù)不同腦電特征自動(dòng)選擇合適的特征提取算法是提高BCI系統(tǒng)適用范圍的重要方向。此外,大量研究還發(fā)現(xiàn),20%~30%被試者BCI的識(shí)別率<70%,這種被試者也被稱作“BCI盲”。對(duì)于BCI盲來(lái)說(shuō)很難通過(guò)BCI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互,目前也沒有很好的辦法能夠有效減少BCI盲。如何通過(guò)有效的方法,降低BCI盲的比例是一個(gè)重要的研究方向。

6 結(jié)語(yǔ)

BCI技術(shù)給我們提供了一種全新的人機(jī)交互方式,具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前大多數(shù)的BCI技術(shù)仍然還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,距離真正的應(yīng)用還有很多問(wèn)題亟待解決。但是隨著材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,BCI技術(shù)必將取得突破性進(jìn)展,并應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)。

[1]Vidal JJ.Toward direct brain-computer communication[J].Annu Rev Biophys Bioeng,1973,2:157-180.

[2 ]Regan D.Electrical responses evoked from the human brain[J].Sci Am,1979,241(6):134-146.

[3 ]Pfurtscheller G,Lopes da Silva FH.Event-related EEG/MEG synchronization and desynchronization:basic principles[J].Clin Neurophysiol,1999,110(11):1842-1857.

[4 ]Pfurtscheller G,Brunner C,Schl?gl A,Lopes da Silva FH.Mu rhythm(de)synchronization and EEG single-trial classification of different motor imagery tasks[J].Neuroimage,2006,31(1):153-159.

[5 ]Sutton S,Braren M,Zubin J,John ER.Evokedpotential correlates of stimulus uncertainty[J].Science,1965,150(3700):1187-1188.

[6 ]Farwell LA,Donchin E.Talking off the top of your head:toward a mental prosthesis utilizing eventrelated brain potentials[J].Electroencephalogr Clin Neurophysiol,1988,70(6):510-523.

[7 ]Pfurtscheller G,Allison BZ,Brunner C,Bauernfeind G,Solis-Escalante T,Scherer R,et al.The hybrid BCI[J/OL].Front Neurosci,2010,4:30(2010-04-21).https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2891647/

[8 ]Yu T,Xiao J,Wang F,Zhang R,Gu Z,Cichocki A,et al.Enhanced motor imagery training using a hybrid BCI with feedback[J].IEEE Trans Biomed Eng,2015,62(7):1706-1717.

[9]Xu M,Qi H,Wan B,Yin T,Liu Z,Ming D.A hybrid BCI speller paradigm combining P300 potential and the SSVEP blocking feature[J/OL].J Neural Eng,2013,10(2):026001(2013-01-31).http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2560/10/2/026001/meta

[10 ]Yin E,Zhou Z,Jiang J,Chen F,Liu Y,Hu D.A novel hybrid BCI speller based on the incorporation of SSVEP into the P300 paradigm[J/OL].J Neural Eng,2013,10(2):026012(2013-02-21).http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2560/10/2/026012/meta

[11]Panicker RC,Puthusserypady S,Sun Y.An asynchronous P300 BCI with SSVEP-based control state detection[J].IEEE Trans Biomed Eng,2011,58(6):1781-1788.

[12]Li Y,Long J,Yu T,Yu Z,Wang C,Zhang H,et al.An EEG-based BCI system for 2-D cursor control by combining Mu/beta rhythm and P300 potential[J].IEEE Trans Biomed Eng,2010,57(10):2495-2505.

[13 ]Leeb R,Sagha H,Chavarriaga R,Millán Jdel R.A hybrid brain-computer interface based on the fusion of electroencephalographic and electromyographic activities[J/OL].J Neural Eng,2011,8(2):025011(2011-03-24).http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2560/8/2/025011/meta

[14]D′Croz-Baron D,Ramirez JM,Baker M,Alarcon-Aquino V,Carrera O.A BCI motor imagery experiment based on parametric feature extraction and fisher criterion[C].International Conference on Electrical Communications and Computers,Cholula,2012:257-261.

[15 ]Müller-Gerking J,Pfurtscheller G,F(xiàn)lyvbjerg H.Designing optimal spatial filters for single-trial EEG classification in a movement task[J].Clin Neurophysiol,1999,110(5):787-798.

[16 ]Lu H,Eng HL,Guan C,Plataniotis KN,Venetsanopoulos AN.Regularized common spatial pattern with aggregation for EEG classification in small-sample setting[J].IEEE Trans Biomed Eng,2010,57(12):2936-2946.

[17 ]Lotte F,Guan C.Regularizing common spatial patterns to improve BCI designs:unified theory and new algorithms[J].IEEE Trans Biomed Eng,2011,58(2):355-362.

[18 ]Wang H, Zheng W.Localtemporalcommon spatial patterns for robust single-trial EEG classification[J].IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng,2008,16(2):131-139.

[19 ]Hsu WY.Assembling a multi-feature EEG classifier for left-right motor imagery data using waveletbased fuzzy approximate entropy for improved accuracy[J].Int J Neural Syst,2015,25(8):1550037(2015-10-30).https://doi.org/10.1142/S0129065715500379

[20 ]Ince NF,Goksu F,Tewfik AH,Arica S.Adapting subject specific motor imagery EEG patterns in space-time-frequency for a brain computer interface[J].Biomed Signal Process Control,2009,4(3):236-246.(請(qǐng)核對(duì)于雜志名縮寫)

[21 ]Park C,Looney D,Naveed ur Rehman,Ahrabian A,Mandic DP.Classification of motor imagery BCI using multivariate empirical mode decomposition[J].IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng,2013,2211(1):10-22.

[22]Gao L,Cheng W,Zhang J,Wang J.EEG classification for motor imagery and resting state in BCI applications using multi-class Adaboost extreme learning machine[J/OL].Rev Sci Instrum,2016,87(8):216-219.

[23 ]An X,Kuang DP,Guo XJ,Zhao YL,He LH,A deep learning method for classification of EEG data based on motor imagery[C].International Conference on Intelligent Computing,Springer,2014:203-210.

[24 ]Ming C,Shangkai G.An EEG-based cursor control system[C].Proceedings ofthe First Joint BMES/EMBS Conference,1999 IEEE Engineering in Medicine and Biology 21st Annual Conference and the 1999 Annual Fall Meetring of the Biomedical Engineering Society,Altanta,1999,669.

[25]Chen X,Wang Y,Nakanishi M,Gao X,Jung TP,Gao S.High-speed spelling with a noninvasive brain-computer interface[J].Proc Natl Acad Sci USA,2015,112(44):E6058-E6067.

[26 ]Pregenzer M,Pfurtscheller G.Frequency component selection for an EEG-based brain to computer interface[J].IEEE Trans Rehabil Eng,1999,7(4):413-419.

[27 ]Pfurtscheller G,Neuper C,Schl?gl A,Lugger K.Separability of EEG signals recorded during right and left motor imagery using adaptive autoregressive parameters[J].IEEE Trans Rehabil Eng,1998,6(3):316-325。

[28 ]Guger C,Ramoser H,Pfurtscheller G.Real-time EEG analysis with subject-specific spatial patterns for a brain-computer interface(BCI)[J].IEEE Trans Rehabil Eng,2000,8(4):447-456.

[29]McFarland DJ,Sarnacki WA,Wolpaw JR.Electroencephalographic(EEG) control of three-dimensional movement[J/OL].J Neural Eng,2010,7(3):036007(2010-05-11).https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2907523/

[30 ]McFarland DJ,Wolpaw JR.Sensorimotor rhythmbased brain-computer interface(BCI):model order selection for autoregressive spectral analysis[J].J Neural Eng,2008,5(2):155-162.

[31]LaFleur K,Cassady K,Doud A,Shades K,Rogin E,He B.Quadcopter control in three-dimensional space using a noninvasive motor imagery-based brain-computer interface[J/OL].J NeuralEng,2013,10(4):046003(2013-06-04).https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3839680/

[32 ]Meng J,Zhang S,Bekyo A,Olsoe J,Baxter B,He B.Noninvasive electroencephalogram based control of a robotic arm for reach and grasp tasks[J/OL].Sci Rep,2016,6:38565(2016-12-04).https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5155290/

[33]Polich J,Kok A.Cognitive and biological determinants of P300:an integrative review[J].Biol Psychol,1995,41(2):103-146.

[34]Gerson AD,Parra LC,Sajda P.Cortically coupled computer vision for rapid image search[J].IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng,2006,14(2):174-179.

[35 ]Huang YH,Erdogmus D,Pavel M,Mathan S,Kenneth EHⅡ.A Framework for rapid visual image search using single-trialbrain evoked responses[J].Neurocomputing,2011,74(12-13):2041-2051.

[36 ]Bigdely-Shamlo N, Vankov A, Ramirez RR,Makeig S.Brain activity-based image classification from rapid serial visual presentation[J].IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng,2008,16(5):432-441.

[37 ]WolpawJR, BirbaumerN, McFarlandDJ,Pfurtscheller G,Vaughan TM.Brain-computer interfaces for communication and control[J].Clin Neurophysiol,2002,113(6):767-791.

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