实时脑机接口关键技术研究及系统实现

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonCriticalTechniquesoftheReal-timeBrainComputerInterfaceandSystemImplementationByChaoQiaoSupervisor：Prof．PengLuControlEngineeringSchoolofElectricalEngineeringMay,2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所

2、取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：杀超日期：≯ol中年箩月；o日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制

3、手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位敝作者：暴起日期：沙l噼步月Zo日摘要脑机接121(BrainComputerInterface，BCI)技术是利用特定的装置对大脑进行不同思维活动时产生的脑电信号进行采集，通过信号处理手段提取其中携带的意识信息，并将意识信息转换为控制指令，实现人脑与外界环境的直接交流与控制，具有广阔的应用前景。本文围绕实时BCI系统的关键技术问题，以实现脑电信号实时控制智能小车的前进、后退、

4、左转和右转为目的，以左、右手和左、右脚的四类运动想象为切入点，重点解决与BCI相关的系统平台接口设计、数据传输等关键工程技术问题，建立基于四分类运动想象的实时脑机接口系统。主要完成工作包括：1)设计运动想象实验范式，为了避免长时间实验给受试者带来情绪上的问题，造成信号质量的下降，将单次实验缩短到五秒，包括三秒想象时间和两秒状态调整时间；在电极导联的选择上，为解决不同受试者电极位置的差异，选用与运动功能区相关的21个通道的电极，增加系统的通用性，同时也不会因数据量过大而增加数据处理的困难。2)利用多线程技术设计实时信号处理系统平台，避免因

5、处理任务量过多而出现资源竞争的问题，提高了系统的实时性；采集系统与信号处理平台之间采用基于TCP／IP协议的Socket通信来实时传输数据，能够提高系统的扩展性；信号处理系统内部模块间采用共享内存的方式传递数据，提高处理效率。3)为了完成不同的功能需求，使BCI系统工作在三种模式下：交互训练模式完成分类器模型的优化训练；离线分析模式完成信号处理算法的离线分析与性能验证；实时控制模式完成脑电信号对外部装置的实时控制。’，4)设计无线控制智能小车作为外部装置，脑电信号分类并编码后，通过计算机串口无线发送出去，控制智能小车的动作；多个被试进行

6、多组实时实验后的结果表明，设计的实时BCI系统能够有效的控制外部装置的动作，控制准确率达到平均80．42％；在保证实时控制准确率的前提下，加入共享控制辅助算法，弥补因意识指令的不确定性而造成的小车碰撞等误操作。关键词：实时脑机接口运动想象Socket通信多线程共享控制AbstractThebraincomputerinterface(BCI)isatechnologythatusesaspecialdevicetocollectEEGsignalsgeneratedwhendifferentthinkingactivitiesofthe

7、brainareinprogress，andthefeaturesofEEGsignalsareextractedthroughthesignalprocessingmeansandthentranslatedintocontrolcommandstoimplementthedirectcommunicationandcontrolbetweenthehumanbrainandtheextemalenvironment．TheBCItechnologyhasbroadapplicationprospects．Inordertoachie

8、vethegoalthatusesEEGtocontrolasmartCartoforward，backward，turnleftandturnrightinrealtime，thispaperfocuse