以脑电波信号(EEG)为控制源之研究

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1、SouthernTaiwanUniversityofTechnology.InstituteofElectricalEngineeringBMELaboratory1以腦電波信號(EEG)為控制源之研究研究生:邵成麟指導教授:陳世中博士趙春棠博士2003/03/26StudyonUsingEEGSignalsforcontrol大綱1.研究動機2.文獻回顧3.腦電波信號特性與分類回顧4.10-20標準貼電極系統回顧5.大腦皮質的功能性區分6.腦波控制之方式與種類7.α波與μ波的差異性8.ERD與ERS之意義9.BCI之介紹與組成架構10.結論與未

2、來工作11.參考文獻2研究動機3由於伴隨著科技的進步，使得人們享受科技文明所帶來的便利；並且可以輕易的使用家庭電器、自動化設備、電腦操作等許多再平常不過的事，不過對於身心障礙的患者而言，我們看似平常的事將對殘障患者造成莫大的障礙，因此研發一些適當的替代性輔具將是當務之急。但是綜觀目前已經被相繼研發出的科技輔具我們不難發現，這些輔具都是針對特定目的所研發出來的(如:頭控、眼控、嘴控、聲控等)，因此只適用於特定障礙患者，而對於全身癱瘓的患者而言，上述之輔具將不適用。因此，本研究主要即是探討如何以腦電波訊號作為控制源?並期望設計一個腦波控制器以造福重度

3、障礙患者。文獻回顧(1)林國肇，“以腦波為控制信號之身心障礙鍵盤輸入系統”，國立台灣大學電機工程研究所碩士論文(陳志宏教授指導)(1999).(2)陳志瑋，“研究以小波神經網路作μ波即時鑑別”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文(朱銘祥教授指導)(1999).(3)黃志旭，“拇指運動對μ波的影響”，國立成功大學機械工程研究所碩士論文（朱銘祥教授指導）(2001).(4)Lehtonen,Janne.,“EEG-basedbraincomputerInterfaces,”HelsinkiUniversityofTechnology,Departme

4、ntofElectricalandCommunicationEngineering,(2002).4文獻回顧(2)(5)Palaniappan,R.,Raveendran,P.,“AnewmodeofEEGbasedcommun-ication,”NeuralNetworks,2001.Proceedings.IJCNN'01.InternationalJointConferenceon,vol.4,pp.2679-2682(2001).(6)Babak,Mahmoudi.et.al,”Single-channelEEG-basedprosthe

5、tichandgraspcontrolforamputeesubjects,”IranUniversityofScienceandTechnology,DepartmentofElectricalEngineering,(2002).5腦電波信號特性與分類回顧腦電波訊號之特性-6腦電波在頭皮下之大腦皮質上所測得的電位約為毫伏特(mV)的等級，但是一但經由顱骨、頭皮的衰減後，由頭皮上所量測到的電位則驟降為微伏特(μV)的等級(0.5uV~100uV)，頻率約為0.5~100Hz，因此腦電波信號具有低振幅及低頻率的特性，因此一個設計精良且低雜訊的腦波

6、訊號放大器將是整個腦波控制器的重要影響因素。腦電波信號特性與分類回顧(續)腦電波之分類-7依據腦電圖儀與臨床生理學會國際聯盟的分類將腦波的頻率分為四個頻段,分別是δ波、θ波、α波、β波.FastwaveSlowwave腦電波信號特性與分類回顧(續)腦電波之分類-8頻率範圍臨床表徵δ波(無意識)低於4Hz出現於深度睡眠θ波(淺意識)4~7Hz主要出現在小孩的頂葉部及顳葉部,成人在情緒受到壓力時也會出現α波8~13Hz一般人處於清醒並且安靜、休息的狀態下所出現的週期波,其電位約50微伏,在枕葉部及頂葉部最明顯.β波(意識)14Hz~50Hz在清醒而警

7、覺狀態下的週期波,在頂葉部及額葉部較為明顯,電位約20微伏.10-20標準貼電極系統9目前電極貼法的標準是以10-20電極貼法，圖解如下:前額葉部額葉部頭頂部顳葉部頂葉部枕葉部10-20貼電極映射圖10-20系統示意圖大腦皮質的功能性區分(柏洛德曼)10第一運動區前運動區第一體感覺區第二體感覺區腦波控制方式種類11目前為止利用腦波作為控制源的方式下列幾種:A.P300波法B.左右半腦α波不對稱法C.α波能量與眼睛互動關係法D.生物回饋μ波法E.動手腳意識μ波法α波與μ波的差異性12α波μ波頻率範圍8~13Hz8~12Hz(通常在10Hz附近)擷取

8、點枕葉部大腦中間溝附近C3、C4、CZ特性一般人處於安靜安靜狀態下之週期波一般人產生動手腳自主意識時會在10Hz附近產生振幅抑制的現象E