基于稳态视觉诱发电位的脑_机接口研究

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1、第11卷第33期2011年11月科学技术与工程Vol.11No.33Nov．20111671—1815(2011)33-8149-06ScienceTechnologyandEngineering2011Sci.Tech.Engrg.医药卫生基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口研究郑军(华南理工大学自动化科学与工程学院，广州510640)摘要实现了一个以液晶显示器(LED)产生刺激频率的稳态视觉诱发电位(SSVEP)脑-机接口系统(BCIs)。为了从脑电中提取出稳态视觉诱发电位(SSVEP)信号，运用基于快速傅里叶变换(FFT)的方法和基于Mallat小波及AR模型分析法这两种处理方法对脑电信

2、号进行离线分析。实验结果表明，用这两种方法提取SSVEP信号都可以达到很高的准确率;而基于FFT的方法更适用于脑-机接口系统。因此用基于FFT的方法完成了这个SSVEPBCIs的在线实验。关键词脑-机接口稳态视觉诱发电位快速傅里叶变换Mallat小波及AR模型脑电信号中图法分类号R318．04;文献标志码A脑-机接口(BrainComputerInterface，BCI)是指相对于基于其他信号(例如P300、运动想象)的在人脑和计算机或其它电子设备之间建立的直接BCIs而言，SSVEPBCIs通常具有更高的信息传输的交流和控制通道，它不依赖于脑的正常生理输出率，系统和实验设计更加简便，而且需

3、要的训练次［1］通路(外周神经系统及肌肉组织)。研究和发展数也比较少。目前已经不少科研小组设计出了具［3］BCI技术的主要目的是设计出基于脑电信号(elec-有高传输速率的SSVEPBCIs。troencephalogram，EEG)的控制装置，以帮助严重的本文实现了一个SSVEPBCIs，它由LED产生视肢体残疾患者及交流障碍患者实现与外部环境的觉刺激频率，利用基于FFT的方法和基于Mallat小交流和控制。传统的人机交互是通过声音、按键等波及AR模型分析法这两种处理方法对脑电信号进实现，然而部分老人和残障人士因为各种原因不具行离线分析，通过对处理结果的比较得到基于FFT备语言表达或者肢体

4、操作能力，现在通过BCI技术的方法具有更好的处理效果，因此以基于FFT的方这一全新的通信和控制方式可以很好的帮助他们法作为在线实验的处理算法，实现了这个系统的在［2］进行正常的交流和生活。线实验，证明这套SSVEPBCIs可以应用于字符输脑电(electroencephalogram，EEG)信号通常采入、家电集成及脑控轮椅等具体的脑-机接口应用用非侵入式头皮脑电记录获得，它包含了很多人们系统。应用于脑-机接口的有用信息。研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺激的时候，人的大脑视觉皮层1视觉刺激器的选定会产生一个连续的与刺激频率有关(刺激频率的基频或倍频处)的响应。这个响应被称为稳态视觉诱受试

5、者的视觉频率刺激由刺激器产生，当前绝发电位(Steady-StateVisualEvokedPotentials，SS-大部分的SSVEPBCIs都使用发光二极管(LED)或［4］VEP)，它可以可靠的应用于脑-机接口系统(BCIs)。者阴极射线管显示器(CRT)作为刺激器。应用LED作为刺激器可以产生准确的刺激频率，检测精2011年8月26日收到确度很高，不会产生谐波现象，而且绝大部分的受第一作者简介:郑军(1986—)，男，广东茂名人，硕士，研究方向:试者都会对刺激产生明显的SSVEP响应。但此种脑-机接口。E-mail:Best153717737@Yahoo．cn。方法需要进行硬件方面

6、的设计与实现，还涉及硬件8150科学技术与工程11卷之间的通信协议，会增加SSVEPBCIs的复杂程度，定的频率黑白闪烁。也会对其与P300、运动想象多模态组合的实现增加难度。使用计算机显示器(包括CRT和LED)作为刺激器，刺激频率和BCIs的应用图形用户界面能产生于同一个显示器，从而简化了BCIs系统，而且使受试者的注意力无需在刺激界面与图形用户界面之间转移，使受试者感觉更加舒适。就目前而言，CRT在SSVEPBCIs中的使用更加广泛，原因有两方面:基于CRT的刺激方式可以提供更多可选的屏幕刷新率，而且受试者对刺激的响应也要比LCD的要明图1实验界面显很多;LCD存在一定的响应延迟，对刺

7、激频率造2．4刺激频率选择成一定影响，引入低频非期望的刺激成分。但随着频率选择是实验设计的一个重要方面，因为技术的进步，LCD的响应时间已经降至5ms以下，LCD的屏幕刷新率是影响刺激呈现频率的主要因造成的视觉误差也越来越小;随着它的屏幕刷新率素［5］。如何通过选择刺激频率以获得最佳的响应不断提高，可选的频率也不断增加;而且LCD相对效果这个问题已经在大量的文献中得到讨论。为于CRT而言，不容易产生视觉疲劳;