三维视觉刺激器在运动想象脑机接口中的应用研究

摘要

脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一种不依赖于大脑外周神经与肌肉正常通道的通讯与控制系统。它通过采集和分析脑电信息，在人脑与计算机或其他电子设备之间建立起直接交流或控制通道。使人能通过想象而不是通过语言来表达意愿或通过肢体动作来操纵设备，目前已收到了广泛的关注。与此同时，精神疾病、神经疾病严重威胁着现代人的健康，包括因为意外原因造成的神经系统损伤而导致的严重运动功能障碍。许多患者失去了与外界交流的能力，给他们的身心都带来的巨大的痛苦。近几年来，脑机接口技术的研究在康复工程领域取得了引人瞩目的成就，虽然现有BCI系统的性能稳定性、识别准确率和通讯速率等关键技术还需要解决和完善。　　 一个完整的BCI实时系统包括输入、输出和信号处理三个部分。其中输入即采集的脑电信号，输出即对外设的控制命令及反馈，信号处理则是要是识别特定的脑电信号并按照预设规则转化为控制信号。本文的主要工作集中在第一个部分，即如何产生能携带测试者意愿的脑电信号。现代康复医疗理论中，运动想象结合运动再学习疗法对脑卒中患者取得了很好的疗效。受到以上启发，本文通过想象左右手运动，使用三维人物模拟治疗师的动作，从而刺激患者产生思维脑电信号。通过加强患者的体验以期望获得更好更强的脑电信号。　　 本文综合了BCI、运动想象和康复医疗这三方面的应用，研究和实现了基于脑机接口的三维视觉刺激器系统，研究内容包括：视觉刺激器的设计与实现[10,29]、刺激器与采集系统并口数据传输和基于本系统的脑机接口实验等。　　 三维刺激程序的实现是本系统的重点。本文使用了OpenSceneGraph开源引擎搭建了一个三维场景图形环境，将在外部建立好的独立的动画模型导入其中，并将该环境嵌入Visual C＃.Net中，使用动态链接库技术实现数据在内存中的共享，以可控的参数来实现多种训练任务以及应用。实验结果表明，该刺激器能够很好地区分左右手运动想象任务，真实感和沉浸感较强。最后对脑机接口实时系统的进一步研究提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 运动想象脑机接口与康复医疗

3 场景数据建模

4 视觉刺激器的实现

5 系统实验

6 总结与展望

致 谢

参考文献

附 录