基于P300的在线脑机接口系统

摘要

脑机接口能够在大脑和外部环境间建立新的通路，并开始被用来作为一种新型的交互方式。通过运用脑机接口系统，患肌萎缩性脊髓侧索硬化症等神经萎缩性疾病造成的重度瘫痪患者能够与外界进行交流甚至自主完成一些简单的工作。
　　 我们利用头皮脑电中的P300事件相关电位成分构建脑机接口系统。P300电位属于由小概率事件诱发产生的事件相关电位，因对应于事件发生后约300毫秒处脑电信号中的一个正电位波形而得名。通过对P300电位的检测和分析后，我们得到被试关于事件任务的特定脑电模式，并以此作为交互手段，达到被试对计算机进行控制甚至于与外部环境进行交互的目的。
　　 类似于传统的人机交互方式(比如鼠标，键盘)，脑机接口技术同样也可以被当成一种人机交互的方式。目前，我们已经成功构建了一套在线的脑机接口系统，通过该系统可以进行各式各样的应用实验过程。目前该平台所支持的应用包括中文打字系统，P300即时通讯工具，意念作画系统，虚拟控制训练，外部机械设备控制等等。
　　 系统包括3个主要模块：用户界面，数据处理模块，实验监控模块。用户界面负责显示诱发模式，同时从数据处理模块获得分类结果后将它以一定的方式显示出来；数据处理模块得到被试的脑电信号和来自用户界面的诱发标记，对数据进行预处理和模式分类，最后将结果反馈到用户界面；实验监控模块可以使实验操作人员更好的控制实验过程同时可以获得更多的在线数据分析内容。系统各模块相对独立，同时网络套接字互相连接，可以实现分布式的实验控制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1脑机接口简介

1.1.1脑机接口的定义

1.1.2脑机接口的分类

1.1.3脑机接口的研究意义和前景

1.1.4脑机接口系统研究现状

1.2本章小结

第2章脑电图与P300事件相关电位

2.1脑电图

2.1.1脑电图的概念

2.1.2脑电图技术分类

2.2 P300事件相关电位

2.2.1 P300的概念

2.2.2 P300的特征

2.2.3对P300的影响因素

2.2.4基于P300的脑机接口系统的新特点

2.3本章小结

第3章P300实验平台

3.1概述

3.1.1实验面对的问题

3.1.2系统目标

3.2平台的整体设计

3.2.1架构和模块

3.2.2数据流

3.2.3系统特点

3.3本章小结

第4章诱发方案设计模块

4.1概述

4.1.1早期的方法

4.1.2系统的改进

4.2系统架构和功能

4.2.1用户界面简述

4.2.2系统架构和设计

4.3配置过程模块

4.3.1界面布局模块

4.3.2参数配置模块

4.3.3方案维护模块

4.4实验过程模块

4.4.1闪烁诱发模块

4.4.2信号反馈模块

4.5可扩展性支持

4.6本章小结

第5章实验监控和管理模块

5.1概述

5.1.1早期的方法

5.1.2系统的改进

5.2系统架构和设计

5.2.1系统架构

5.2.2数据库建模

5.3监控模块的设计与实现

5.3.1实验监控过程

5.3.2实验预测过程

5.4实验与数据管理模块

5.4.1数据录入

5.4.2数据管理

5.4.3统计制表

5.5可扩展工具组

5.6本章小结

第6章信号处理模块

6.1概述

6.1.1早期的方法

6.1.2系统的改进

6.2模块架构与关联

6.3数据处理过程

6.3.1特征提取方法

6.3.2分类算法

6.4扩展和接口

6.5本章小结

第7章基于平台的应用

7.1概述

7.2 P300 Messenger系统

7.3意念作画系统

7.4虚拟手控制系统

7.5机械假肢控制系统

7.6本章小结

第8章结果和讨论

8.1概述

8.2刺激时间

8.3实验叠加次数

8.4颜色和大小

8.5电极排布选择

8.6本章小结

第9章总结和展望

9.1总结

9.2展望

9.3本章小结

参考文献

作者简历

致谢