用自回归白化滤波器提取脑-机接口信号VEP

利用脑-计算机接口这种新颖的人-机交互模式构建一种脑控拼写装置,其主要问题是实时、准确地从头皮电极记录到的脑电背景信号中提取视觉诱发电位,以决定用户选择按键。由于在一个短时程内可以认为自发脑电是平稳的,利用靶刺激出现前记录到的非靶刺激信号计算自回归模型参数,构造一个白化滤波器,再将实时信号通过白化滤波器滤波,使自发脑电得以白化,然后采用小波分析方法滤除白噪信号。结果表明靶刺激信号更加突出,提高了后续模式分类的正确率。采用模拟自然阅读诱发模式使短时信号的平稳性得到了保障,利用白化滤波器去除自发脑电是可行的。     

神经外科手术中脑电监测的应用

脑电活动是客观反映脑机能变化的客观指标，脑电活动有自发脑电和诱发脑电，随着科学技术的发展和进步，对自发脑电及诱发脑电的提取及处理有很大的发展，如自发脑电的提取已发展有动态脑电，数字化脑电，图像与脑电信号同步的数字化视频脑电，功能与形态结合的功能定位脑电。如视、听、体感，脑干听觉诱发电位，事件相关诱发电位等的提取均有专门的仪器，它们不仅用于科学研究近十余年已用于临床，尤其是用于神经外科手术中，     

诱发电位地形图

诱发电位地形图是一种特殊的脑电地形图。一般所指的脑电地形图系患在闭目安静的情况下，避免了一切外界的刺激状态下收集的脑生物电信息而形成的脑电空间电位活动的地形图。诱发电位地形图是在给予特定条件的外加刺激(声，光，电)所收到的反应大脑在这种特定外来刺激下的空间电位变化称之为诱发电位脑电地形图。     

多导体视诱发脑电采集系统设计及视差深度诱发电位研究

我们根据科研实验要求利用现有的微机系统和临床脑电图仪建立了一套适用脑认知科学研究的多导视觉诱发脑电（VEP）信号采集处理系统。该系统既能满足部分临床应用的需要,同时也能根据实验要求,进行立体视觉认知过程脑电（EEG）的信息提取和分析处理。通过立体视觉深度相关脑诱发电位提取及比较分析,对深度相关的特征视觉诱发电位发放进行了标定。实验系统的建立为我们深入研究立体视觉相关脑功能和体视认知过程提供了有力的手段。     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率（8-13Hz）闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加。采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨。结果表明：周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加。通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值。     

α频率光刺激脑电信号同步化的初步研究

研究α频率(8～13Hz)闪光刺激是否能引起人脑枕区同频率脑电信号的增加.采集15名正常志愿者在平静、光刺激状态下的脑电信号,利用脑地形图、小波分析和功率谱估计的方法对α频率光刺激前后的脑电信号进行处理,将归一化后的数据分为平静-激活组、男女对照组、两个不同电极位置组进行对比分析,对组间信号的差异进行了讨论,并对受试者精神状态的变化进行初步探讨.结果表明:周期性α频率光刺激能引起大脑枕区同频率脑电的显著增加.通过分析实验数据,初步得到了大脑在外部闪光刺激时脑电的变化规律,本实验结果对研究外部刺激对脑电的影响有一定的参考价值.     

基于Labview的脑机接口实时系统

目的在Active One生理信号采集系统基础上实现脑机接口实时系统。方法系统利用瞬态视觉诱发电位来实现脑机接口,软件采用Labview7.1编程实现。设计四个刺激模块的脑机接口人机界面,采用同频次复合刺激方式实现多模块视觉刺激。应用累加平均与FIR滤波器提取视觉诱发电位信号,再通过计算相关系数实现信号识别。结果10名受试者参加了脑机接口实验。实验结果表明,基于Labview设计的视觉刺激器能够产生有效的视觉刺激。结论本文提出的实时信号处理方法提高了信噪比,实现了视觉诱发电位的提取与识别,能够判断出受试者所注视的目标,并将结果实时反馈到人机界面,实现了脑机接口实时系统。     

利用参数模型及卡尔曼滤波估计脑电的单次诱发响应

本文研究刺激后80ms左右的诱发脑电后期电位,因为它反映高级脑活动二次信息处理的机制。通常是采用相干平均来提取诱发响应,但此法存在众所周知的缺点。本文采用参数建模方法,将测得的脑电看成自发电位和诱发电位的迭加。前者用7～11阶的AR模型描述,并可根据刺激前一段时期的脑电记录,采用Burg算法建模。平均诱发响应则看成一个确定性ARMA系统的冲激响应,其波形通过相干平均初步估得,并通过最小二乘拟合估计     

磁场刺激诱发的动态脑电时空拓扑响应

本研究使用动态脑电时空拓扑图研究了磁场刺激诱发的脑电变化规律。结果表明，磁场刺激外周体躯感觉神经时，可以在大脑皮质相应投射区内记录到诱发反应电位。在该区的诱发脑电将在大脑皮层中按一定规律进行传播，即首先在皮质的相应投射区内产生诱发脑电位，然后这一诱发脑电位向同一半球的其它区域传播，再后传向大脑另一半球的皮层区。此研究对于揭示皮层诱发脑电的规律是很有意义的。     

小波变换及其在脑诱发电位分析中的应用

诱发脑是民是研究大脑高级神经过程的一个重要电信号。而从背景噪声中一次提取诱发电位具有非常重要的实用价值。本文介绍了新兴的不上波技术中多分辨率分析方法及其在诱发电位分析和提取中的应用。     

基于抗交叉串扰自适应噪声抵消的诱发脑电信号提取研究

由于诱发脑电信号比自发脑电信号的幅度小得多 ,传统的叠加平均方法提取诱发脑电信号需要大量的重复刺激 ,如何通过少量的刺激次数来获取诱发脑电信号是一个重要的研究课题。本文提出了一种抗交叉串扰自适应噪声抵消方法来提取诱发脑电信号 ,同时引进滤波技术并结合常用的叠加技术 ,使提取诱发脑电信号所需的重复刺激次数大幅减少 ,仿真实验说明 ,该方法只需数次甚至单次刺激便可提取相当完好的诱发脑电信号     

基于复杂性测度的光诱发下alpha波脑电特性研究

目的:利用Lempel-Ziv复杂度算法,研究光诱发下α波脑电特性。方法:记录20名正常受试者(平均年龄23.2岁)在闭眼状态下接受12 Hz闪光刺激的脑电信号,分析光刺激前后α波脑电复杂度变化。结果:发现12 Hz光刺激能够引起17名受试者α波脑电复杂度的显著增加(P<0.05);其中在额部、右中央、顶部、枕部、右中颞、左右后颞α波脑电复杂度变化较为显著,以顶部与枕部变化最为明显;光刺激后,左右半脑平均α波复杂度均出现增加,其中右脑区α波复杂度变化更为显著。结论:12 Hz频率光诱发能够引起同频率段的脑波信号的显著响应,该结论有助于研究光诱发下的脑功能特性,且对于探索外部刺激对人脑认知活动的影响具有参考价值。     

脑机接口控制的下肢功能性电刺激系统研究

研发基于脑机接口控制的功能性电刺激系统,服务于下肢的运动康复。脑机接口采用的是基于稳态视觉诱发电位的脑电信号技术。使用线性判别分析分类器来处理脑电信号的频域特征,实现对下肢5种运动状态的控制意图识别,即开始、快速、慢速、停止和空闲状态。识别的意图转化为指令触发电刺激系统,刺激下肢的相关肌肉产生运动,并测量关节角度。设计的系统在6位正常受试者上进行了单纯的脑机接口实验,其中2位分别进行了脑机接口控制的小腿摆动与下肢行走的电刺激实验。在小腿摆动实验中刺激的是股直肌,行走运动实验中刺激的是两条腿的髂腰肌、臀大肌、股直肌和腘绳肌。实验分析了电刺激尾迹对脑电信号的影响,结果表明设计的脑机接口可以准确地识别运动意图(平均识别率高于85%),并能够实现电刺激作用下与该意图相对应的下肢期望运动。     

基于内模自适应估计器的VEP信号提取新方法

本文基于确定信号和扰动和内模建立了两种视觉诱发脑电（VEP）和自发脑电（EEG）混合信号的组合状态空间模型，基于时域参数模型提出了采用迭代型推广卡尔曼滤波算法来实现VEP信号的自适应估计，最后通过临床实际应用比较分析了两种建模方法的滤波性能。     

模拟脑电节律的调制磁场对中缝核神经元放电影响的研究

用数值计算和动物实验的方法研究模拟脑电节律的调制磁场对与睡眠有关的中缝核神经元放电的影响 ,从而探讨其对睡眠的影响。通过数字仿真 ,研究了神经纤维对调制磁场刺激作用的响应特性 ,发现了神经纤维具有对低频调制包络信号响应敏感 ,对高频载波不响应的特性。依据睡眠全过程脑电节律的变化 ,研制了模拟 EEG信号发生器。采用高频磁脉冲作为载波调制模拟脑电节律信号 ,用所得的调制磁场诱导兔脑 ,观察磁刺激对中缝核5 -羟色胺能神经元放电的影响。动物实验结果表明 ,中缝核经磁刺激后放电频率发生显著改变 ,其放电变慢。这说明磁刺激能抑制 5 -羟色胺能神经元神经电活动水平 ,将为改善失眠症提供新的途径     

精神分裂症脑电分析技术研究的进展

讨论了精神分裂症脑电分析技术,包括脑电图,脑诱发电位和脑电地形图在人的几种主要技术的研究进展和应用现状,并对其应用前景做了展望。     

基于Labview和VC的脑机接口系统设计

目的：在ActiveOne生理信号采集系统基础上采用Labview和VC编程实现基于视觉诱发电位的脑机接口实时系统。方法：数据采集软件采用Labview编程实现,采用VC编程实现脑机接口人机界面、实时信号处理及动态链接库,Labview和VC通过动态链接库共享内存实现数据传输。视觉刺激界面设计采用了多媒体定时、DirectDraw技术和并口输出技术。采用累加平均与5点平均滤波提取视觉诱发电位信号,再通过计算相关系数实现信号识别。结果：实验表明,刺激模块能产生有效的视觉刺激。基于动态链接库的数据传输能满足系统要求,实现VC与Labview程序的同步控制。结论：本文提出的实时信号处理方法能提高信噪比,实现视觉诱发电位的提取与识别,判断出受试者所注视的目标,并将结果实时反馈到人机界面．实现了脑机接口实时系统。     

基于自适应动态特征库的P300诱发脑电单次提取算法研究

目的 诱发电位的单次提取技术一直是脑电信息处理领域的难题之一,为进一步提高单次提取算法的时间准确性和特征精度,针对体感诱发脑电数据信噪比低、试次间参数变化大的特点,研究诱发脑电参数单次提取新算法,保留试次间诱发脑电的动态特性,并提高估计准确率.方法 基于小波滤波和多元线性分析技术,加入自适应动态特征库并由此提出的诱发脑电P300参数单次提取新方法.随机选取4组小波滤波(WF)后诱发脑电数据,分别叠加平均后进行主成分分析(PCA)组成特征库.单次提取时,针对每试次数据从特征库中选择与当次诱发脑电信号相关系数最高的成分作为自变量开展多元线性回归分析,由回归分析结构重构出单次诱发电位信号并自动提取潜伏期和幅值等关键特征.结果 与专家判定的基准数值相比,新算法预测的P300成分潜伏期与幅值参数更准确,两者的平均差值分别为(11.16±8.60) ms和(1.40±1.34)μV;与常用的叠加平均法结果亦更为接近,平均差值分别为(23.26±25.76) ms和(2.52±2.50) μV,新算法相比传统多元线性回归分析算法具有显著优势.结论 将动态更新的诱发脑电数据主成分样本库应用于小波滤波与多元线性回归方法,能有效保留单次诱发脑电数据中的动态特征,从而提升参数估计的准确率.     

用于控制短消息发送的实时脑机接口系统

目的：设计一种基于视觉诱发电位的实时脑机接口,用于控制短消息发送。方法：实时脑机接口系统由视觉刺激器、脑电采集电路、FPGA开发板、通讯模块组成。脑机接口界面包括短消息发送的目标选项和内容选项界面,受试者每次实验注视刺激界面中的一个模块,通过检测视觉诱发脑电来确定受试者做出的选择。利用基于FPGA的VGA视觉刺激器为受试者提供视觉刺激,采集脑电信号并在FPGA平台上对其进行在线的实时分析处理。选用小波分解提取视觉诱发电位特征向量,输入BP神经网络进行模式识别,产生脑机接口控制信号,其中,小波分解和BP神经网络两部分由NIOS II实现。脑机接口控制命令用于控制TC35无线模块发送短消息。结果：通过对五名受试者做实验,识别准确率最高可以达到100%,脑机接口系统能有效控制短消息的发送。采用小波滤波、BP神经网络识别的算法优于时域波形匹配识别法。结论：实验表明本文提出的实现脑机接口短消息发送系统的方法具有可行性。     

单通道脑电信号中诱发电位的单次提取

我们正在构建一个脑控拼写装置，直接利用脑信号与计算机进行交互。在这种实时通信模式中，作为通信载体的特征脑信号淹没在自发的脑电背景中，不能采用常规的叠加平均方法来提取，而必须实现特征信号的单次识别。为使这种技术走出实验室，记录脑电的导联数应越少越好。我们采用独特的“模拟自然阅读”诱发模式，让被试从平滑移过小视窗的刺激符号串中识别靶刺激符号，以产生视觉诱发电位（VEP）。利用支持向量机方法，对三名被试位于导联Pz处EEG信号中的VEP进行了单次提取，正确识别率分别为92．1％、94．1％和91．5％，达到了较为满意的效果，为系统的实现打下了基础。