基于小波变换的听觉脑机接口技术研究

基于听觉的脑机接口系统为视力减退或者无法控制眼球运动的闭锁综合症患者提供了一种新的交流通道,使其可以与外界环境进行简单的交流.为了实现在线二分类听觉脑机接口系统,采用包含两种靶刺激、一种非靶刺激的三音oddball范式作为听觉刺激,通过一维离散小波变换对所得脑电数据进行单次样本特征提取,选取低频的特征向量,并采用支持向量机(SVM)进行目标与非目标的识别.结果表明,利用小波变换可以有效地单次提取特征向量P300,相当于20次靶刺激响应的叠加结果,最终目标识别正确率可高达80％以上,达到与视觉诱发的BCI模式可比的效果,可以用于二分类的脑机接口系统.     

基于ABC-SVM的运动想象脑电信号模式分类

为了提高运动想象脑电信号分类的准确率,针对传统支持向量机（SVM）分类方法在脑电信号处理中存在寻优繁 琐、工作量大和分类正确率低等问题,本研究提出一种基于人工蜂群（ABC）算法优化SVM的分类识别方法。首先利用正 则化共空间模式对脑电信号进行特征提取,然后利用ABC算法优化SVM的惩罚因子和核参数,最后利用提取的右手和 右脚两类脑电信号样本特征对优化后的SVM进行训练和分类测试。实验结果表明ABC-SVM分类器提高了脑电信号分 类的准确率,比传统的SVM分类器准确率高出2.5%,证明该算法的可行性和较高准确性。     

基于脑电信号的睡眠分期算法研究

睡眠质量与人类健康息息相关,准确的睡眠质量监测对于帮助人们改善睡眠质量能够起到有效的监督作用。以MIT-BIH多导睡眠数据库slp01、slp02和slp04等3个样本的脑电信号为分析对象,采用sym7小波对其进行7层分解以去除高频细节信号,得到较为纯净的脑电信号。然后通过非线性符号动力学分析,去趋势波动分析以及频谱分析,分别提取符号熵指数,去趋势波动指数以及δ频带能量比等3个参数,对每个样本采用Kennard-Stone方法按照4〖DK〗∶1的比例建立校正集样本和预测集样本,并结合最小二乘支持向量机分类器进行样本训练拟合与分类识别。结果表明,3个特征参数与睡眠状态具有高度相关性,相关系数绝对值均高于0.83,并且确定了符号熵参数的嵌入维数为4,延迟常数为1,去趋势波动指数的分段区间为30～500,平均的睡眠分期正确率可达92.87%,比基于复杂度、近似熵等算法的分类正确率提高约5%。     

基于PCA及SVM的运动想象脑电信号识别研究

为了解决脑机接口(BCI)中不同意识任务下运动想象脑电信号的分类问题,提出了一种基于PCA及SVM的识别方法。针对Hilbert-Huang变换和AR模型提取的脑电信号特征,首先采用主成分分析PCA对高维特征向量进行降维处理,然后用支持向量机进行分类。最后将本方法分类结果和Fisher线性分类、概率神经网络分类结果进行比较。实验结果表明,该方法分类正确率较高,复杂度低,具有一定的有效性,可用于脑机接口中。     

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。     

基于脑机接口技术的上下肢康复系统研究

本研究以脑卒中后存在运动功能性障碍的患者为研究对象,开发了基于脑机接口技术的上下肢康复系统,并对其康复效果进行了分析.根据患者的康复需求,系统设计了主动、被动和脑控三种康复模式,其中脑控康复训练利用脑机接口(brain-computer interface,BCI)技术,通过采集患者大脑的脑电信号,在人体外仿生构造一条...     

基于EMD和Hilbert变换的自发脑电信号特征提取

在脑机接口研究中,针对脑电信号的特征提取,提出一种基于EMD的Hilbert变换的方法.在变换过程中根据信号的局部特征自动选择基函数,求得信号在每个时间段的希尔波特谱;以时频窗口内的统计特性作为特征,利用Fisher距离选择最佳特征集输入分类器.最后利用BCI 2003竞赛数据,通过对特征矢量的可分性和识别精度两个指标的评估,表明了所提出方法的有效性.     

疲劳驾驶识别中的脑电信号特征选择算法和支持向量机模型研究

针对疲劳驾驶识别中脑电特征选择和分类模型,提出采用粗糙集理论的离散化算法对通道和脑电信号特征量进行选择,选用支持向量机作为疲劳驾驶识别模型,并将疲劳误判风险作为支持向量机模型参数进行模型优化。针对5名受试者的实验结果表明,与主分量方法相比,粗糙集离散化算法选取的特征量较少,以0.8为相容度阈值,在208个候选特征中选择的特征数为2～4个,不同被试者选取的特征不同且对建立支持向量机识别模型有影响;疲劳误判风险控制参数可以达到调节支持向量机识别模型误判风险。     

听觉脑-机接口技术实验范式的研究进展

目前基于视觉范式的脑-机接口技术研究已经取得了较大的突破,并在实际中得到了广泛应用.然而很多视力受损的闭锁综合症患者,无法使用基于视觉范式的脑-机接口系统,因此研究这一技术是非常必要的,可为听觉正常的闭锁综合症患者提供了一种新的与外界交流的渠道.本研究回顾了基于听觉范式的脑-机接口技术研究现状,从听觉P300、稳态听觉诱发电位、选择注意以及空间定位等4个方面总结归纳了听觉脑-机接口技术的实验范式并进行分析对比.最后提出了听觉脑-机接口技术在实际应用中存在的问题,并探讨了进一步的研究方向及思路.     

经验模式分解与代价敏感支持向量机在癫痫脑电信号分类中的应用

提取出脑电信号中微弱征兆信息,可以更好地了解脑电信号的特征,但由于各类外界信号的相互混叠,信号呈现出非线性、非平稳性,因此脑电信号的提取是个难题。为此本研究提出了优于小波分解的经验模式分解(EMD)算法对脑电信号进行分解,提取主要IMF分量的特征值,随后采取代价敏感支持向量机(CSVM)进行分类,并对参数进行寻优。在对癫痫患者脑电信号研究的实验中,分类准确率均达到90%以上,验证了本方法的可行性。     

基于经颅电、磁刺激神经调控方法的卒中康复研究进展

肢体运动功能障碍作为卒中后的常见病症,急需有效的康复治疗手段以助其运动功能改善。近年来,诸如经颅电磁刺激等新型神经调控技术通过可逆性地调控神经系统活性,达到改善患者肢体运动功能障碍、增强康复效果的目的。本文在阐述经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)和重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)两种方法的作用机制基础上,对tDCS及rTMS分别在卒中后肢体运动功能康复中的神经可塑性机制、肢体运动功能康复刺激参数的研究、康复手段融合研究进行了回顾与总结,发现tDCS和rTMS均可促进患者大脑运动功能神经重组,与传统、现代技术治疗手段结合均可在运动功能康复方面发挥有效作用。而后归纳了影响二者临床应用的诸如刺激部位、tDCS最佳电流强度和rTMS最优频率等刺激参数设置不一致等问题。最后针对两种调控手段融合方式的探索性研究,展望了未来新型调控方法在临床的应用模式,为今后临床康复中面向肢体运动功能障碍的神经调控技术研究方法的设计、制定与优化提供新的技术思路。     

基于EEG脑机接口的研究现状及在康复中的应用

脑机接口(brain computer interface,BCI)是一项不依赖大脑常规信息通路就可实现与外界环境交流的技术,通过该技术可在人脑与计算机或其他电子设备之间建立一种直接的联系,使人不依赖正常的骨骼肌肉系统就可直接控制外部设备,这就为那些思维正常但有严重功能障碍的患者带来了新的希望。近20年来BCI实现了从无到有、脑电信号从单一到混合等技术上的飞速发展,另外随着识别任务数目的增多、信息传输率及识别准确性的提高,BCI也逐渐走出了实验室,朝着实时、实用的方向发展。本文主要针对基于EEG的单一模式和混合模式脑机接口的研究现状及其在康复医学中的实际应用进行了综述,总结了不同模式BCI的功能特点及其在康复医学领域的应用潜力,以期促进BCI在康复应用中进一步发展,并提高目前康复治疗技术。     

Preliminary study of a rehabilitation program based on attentional processes to treat auditory hallucinations

Introduction: Despite the effectiveness of pharmacological treatment, residual hallucinations do not completely resolve in some medicated patients. The aim of this study was to investigate the efficacy of attention training for reducing hallucinations in individuals with psychosis.

Methods: A randomised controlled trial was performed in which 20 individuals suffering auditory hallucinations received auditory stimulation similar to their internal voices, which was integrated into the RehaCom program of attention training. An equal number of individuals suffering auditory hallucinations did not receive this training. Cognitive and symptomatological variables were evaluated before and after the intervention period in both groups.

Results: Only data of 16 subjects were analysed. Auditory hallucinations no longer occurred by the end of the training program in five of eight individuals, whereas their frequency, intensity and negative content and associated anxiety were significantly reduced in the remaining three. No changes in hallucinations were observed in the control group. Attentional processes and executive functions were significantly better in patients who underwent the training than in those who did not at the end of the intervention period.

Conclusions: Attention training can help people with auditory hallucinations develop an ability to ignore them, which can reduce or eliminate them entirely.     

动画教学模式下大学生课堂短时注意力脑电信号研究

目的通过视频刺激试验分析人脑专注度特征,探讨动画教学模式对于大学生课堂短时注意力的影响。方法从30位观看动画演示法、传统讲授法教学视频的被试者中筛选出20份脑电信号数据,经过预处理后采用事件相关频谱扰动(event-related spectral dynamics,ERSP)进行时频分析,同时结合主观调查问卷,分析动画教学模式对大学生课堂短时注意力的影响。结果时频分析结果显示,在动画教学模式下,时间窗30~150 s内被试者脑电信号能量更高,并且在beta波段(20~35 Hz)时,两种教学模式之下的脑电信号的差异具有统计学意义,F3、AF4、FC6通道处尤为明显。结论动画教学模式能够提升大学生课堂短时注意力,同时beta波段的部分特殊频段存在可识别注意力集中程度的特征值,这能够为高校教学模式的改革以及可穿戴脑机接口设备在智能化课堂教学的应用提供理论基础。     

基于FMEA模式的康复护理对支气管哮喘急性发作患者的疗效

目的:探讨支气管哮喘急性发作患者应用基于失效模式和效果分析(failure mode and effect analysis,FMEA)模式的康复护理的效果.方法:选取2015年10月至2020年10月于青岛市市立医院西院区诊治的126例支气管哮喘急性发作患者为研究对象,按照随机单双数法将其分成对照组与研究组,每组各6...     

视、听感知下模拟驾驶行为的脑电实验比较研究

目的 研究基于视觉、听觉以及视听融合感知的刺激源对脑电(EEG)识别率的影响。方法试验分别从视觉、听觉和视听融合3种情况提供与交通环境相关的刺激源,在不同刺激源的提示下,受试者利用左右手想象运动对车辆进行启动和制动控制,并对采集的脑电数据进行特征提取和分类处理,得到与想象运动相关的C3、C4导联上的特征信号和分类结果。...     

Experimental hemorrhagic stroke

The authors propose the technique of experimental haemorrhagic stroke of a hypertensive type in non-narcotized rats produced by means of gravity overload in the caudocranial vector with the use of a special centrifuge.     

Upper-limb stroke rehabilitation using electrode-array based functional electrical stimulation with sensing and control innovations

Functional electrical stimulation (FES) has shown effectiveness in restoring upper-limb movement post-stroke when applied to assist participants’ voluntary intention during repeated, motivating tasks. Recent clinical trials have used advanced controllers that precisely adjust FES to assist functional reach and grasp tasks with FES applied to three muscle groups, showing significant reduction in impairment. The system reported in this paper advances the state-of-the-art by: (1) integrating an FES electrode array on the forearm to assist complex hand and wrist gestures; (2) utilising non-contact depth cameras to accurately record the arm, hand and wrist position in 3D; and (3) employing an interactive touch table to present motivating virtual reality (VR) tasks. The system also uses iterative learning control (ILC), a model-based control strategy which adjusts the applied FES based on the tracking error recorded on previous task attempts. Feasibility of the system has been evaluated in experimental trials with 2 unimpaired participants and clinical trials with 4 hemiparetic, chronic stroke participants. The stroke participants attended 17, 1 hour training sessions in which they performed functional tasks, such as button pressing using the touch table and closing a drawer. Stroke participant results show that the joint angle error norm reduced by an average of 50.3% over 6 attempts at each task when assisted by FES.