基于功率谱峰值及时变线性分类算法的运动意识分类

背景:脑电信号的特征提取是脑机接口系统中一个重要的环节,如何快速有效地提取反映大脑意识任务状态的脑电特征是进行分类、正确解读意识任务的关键.目前,提取脑电信号特征通常采用功率谱密度估计、自回归模型和小波变换等方法,这些特征都是以脑电信号的线性化为前提,上述方法不能很好地反映出大脑的非线性动力学性质.目的:分析脑电信号功率谱峰值在识别左右手想象运动中的作用.方法:采用脑机接口2003竞赛中Graz科技大学提供的脑电数据,用小波包分解获取8～24 Hz脑电信号,计算C3,C4电极脑电信号的功率谱峰值作为脑电特征向量,运用时变线性分类算法对运动意识任务运行分类.结果与结论:对140次实验的测试样本进行数据分析,最大分类正确率可达89.29%,最大互信息和信噪比分别为0.6269 bit和1.3848.C3,C4电极8～24 Hz脑电信号功率谱峰值能很好地反映左右手运动想象脑电特征的变化,与事件相关去同步/事件相关同步现象变化一致,可在线识别左右手想象运动.     

基于LabVIEW运动想象的脑机接口系统

背景:基于事件相关电位的脑-机接口,可广泛应用于残障患者的康复,显示出其重要性和未来实现的可行性.目的:提出基于LabVIEW 环境下的运动想象脑-机接口系统的实现方案.方法:研究的关键部分是视觉刺激器的设计和脑电特征信号的特征提取两部分.测试者通过观察视觉刺激器上的左右手连续播放图像刺激产生脑电信号,采用带通滤波提高信噪比,用滑动窗截取脑电数据并且对截取的数据从能量的角度分析得到运动想象特征,同时可以在线提取特征,为实现实时系统打下了基础.结果与结论:该方案能有效地提取出运动想象特征,并且通过离线模式识别进行了有效的分类,分类效果达到了82%.     

脑卒中偏瘫患者康复前后手主动运动与被动运动功能磁共振影像分析

目的探讨脑卒中偏瘫患者皮质运动区功能变化及康复后脑功能重组。方法对23例脑卒中偏瘫患者进行双侧手指的主动运动和被动运动脑功能磁共振成像（fMRI）检查。在患者接受系统康复训练后重复检查。影像学结果与患者的临床症状进行对比评价。结果所有患者的常规MRI表现为运动功能区脑梗死或相应皮质脊髓束通路脑梗死；在脑功能成像检查中，健侧手指运动功能区显示基本正常；除2例患侧肢体肌力0级而未能表现功能区外，其余患者在对应的皮质运动功能区显示缩小或伴移位，有13例患者的患侧手指在被动运动时运动功能区能显示。7例患者在接受系统的康复治疗后，患侧肢体手指运动功能区的显示与其临床症状的好转一致。结论fMRI研究可为手指主动运动和被动运动的皮层功能区定位提供影像学资料，为临床进行康复和预后评估提供帮助。     

小波熵提取脑意识任务特征的脑机接口设计

目的:基于脑电图信号的脑-计算机接口是近年来一个热门的研究领域。脑机接口为残疾人士提供了一种新的可供选择的对外交流的方式。设计一种仅使用进行简单思维任务时脑电信号(脑电图)的高准确率脑机接口。方法:脑机接口的构架可以简单划分为两部分,前端为脑电讯号的特征提取与辨识,后端则为与其他硬体的结合与应用。在前端设计了高辨识率的二分类脑-计算机接口。首先应用小波熵对思维脑电信号进行特征提取,然后采用反向传播神经网络作为分类器,并用得到的信号特征对不同思维作业脑电信号进行分类。结果:采用的思维脑电数据源于美国Colorado州大学,5个实验个体的5种不同思维状态的脑电图数据,对于每个实验对象,均采用小波熵对脑电图数据进行特征提取,然后采用反向传播神经网络作为分类器,对脑休息状态与另外4种思维状态进行两两对比分类。结果表明当选用合适的思维状态时,分类平均正确率可达到90%以上。结论:用小波熵的特征提取方法,能获得高的分类正确率,此方法能够应用到对思维脑电信号的处理中,能作为现在脑机接口设计中另一可行的特征提取方法。同时,提出了一种应用高准确率的二分类脑机接口进行多种工作任务识别的方法,二分类脑机接口进行多种工作任务识别具有广阔得应用前景。     

脑机接口在线识别左右手运动想象的脑电信号分析

采用脑机接口2003竞赛中Graz科技大学提供的脑电数据,用小波包分解获取8～16 Hz脑电信号,计算C3,C4电极脑电信号的功率谱峰值和对应频率作为组合脑电特征向量,运用时变线性分类算法对运动意识任务运行分类.对140次实验的测试样本数据分析,最大分类正确率可达89.29%,最大互信息和信噪比分别为0.622 8 bit和1.371 3.提示C3,C4电极8～16 Hz脑电信号功率谱峰值和对应的频率能很好地反映左右手运动想象脑电特征的变化,与事件相关去同步/事件相关同步现象变化一致,可在线识别左右手想象运动.     

直接皮质电刺激在脑功能区手术中对脑功能的保护作用

目的:探讨脑重要功能区手术中应用直接皮质电刺激联合皮质体感诱发电位定位脑功能区的方法及意义。方法:16例脑重要功能区病变的患者在唤醒麻醉下进行显微外科手术,利用皮质诱发电位及皮质直接电刺激定位感觉区、运动区及语言区,在保护脑功能区功能不受损的前提下,最大限度的手术切除病变。结果:12例位于运动感觉区的患者利用体感诱发电位及皮质电刺激确定出运动感觉区,其中6例利用体感诱发电位总位相倒置确定出中央沟,记录到明显的P20-N25倒置波形,波幅最大及波形分化最佳,经直接皮质电刺激确认为运动区。4例病变位于左侧额颞叶的患者通过皮质直接电刺激确定出语言区。术后无一例出现长期的功能障碍加重,并且术后功能均较术前明显好转。皮质电刺激未出现特殊并发症。结论:术中体感诱发电位及直接皮质电刺激可准确实时确定脑功能区,可最大限度的保护患者功能,最大限度的切除病变。     

基于频带能量和小波包熵的运动意识任务分类研究

目的探讨脑电信号频带能量和小波包熵在识别左右手想象运动中的作用。方法采用脑-计算机接口2003竞赛中Graz科技大学提供的脑电数据,用小波包分解获取8～16Hz脑电信号,计算C₃、C₄电极脑电信号的频带能量和小波包熵,将其结合作为反应想象左右手运动的特征量,对大脑想象左右手运动任务进行分类。结果对140次实验的测试样本数据分析,最大分类正确率可达87.14%。结论脑电信号频带能量和小波包熵随时间的变化与事件相关去同步和事件相关同步现象相一致,可在线识别左右手想象运动。     

基于四类运动想象任务的脑电信号识别

背景:脑-机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通路,基于运动想象的脑-机接口研究已经从两类运动想象任务的识别发展到多类任务的识别。目的:探寻准确有效的对多任务运动想象脑电信号进行特征提取及模式识别的方法。方法:首先采用公共平均参考法减小多通道中各导联间的相关性,提高脑电信号的信噪比。并对公共空间模式算法进行扩展,采用"一对多"的策略,对4类任务的脑电信号进行特征提取,在模式识别过程中,采用基于决策树法的支持向量机进行分类。对于实验对象样本不充足,结合支持向量机和贝叶斯分类器,将分类结果中具有大概率的测试样本扩充到训练集,最后再次运用支持向量机进行分类。结果与结论:最佳正确率达到92.78%,"一对多"的公共空间模式和基于决策树的支持向量机可以有效地进行多任务脑电信号识别,扩充样本可以提高分类正确率。     

基于Mu/Beta节律想象运动脑电信号特征的提取

背景:不同的运动会产生不同的脑电信号,脑机接口技术就是利用脑电信号的特异性,通过现代信号处理技术和外部的连接实现人脑与外部设备的通信.以实现脑机接口在线研究的目标,首先要解决的是脑电信号处理的速度问题.目的:研究快速、准确地提取脑电信号特征及分类的方法.方法;充分利用想象运动过程中,脑电信号中Mu/Beta节律的事件相关同步化和去同步化特性,以2003年BCI竞赛数据为处理对象,采用带通滤波和小波包分析的方法提取Mu、Beta节律,提取C3、C4两通道上的能量平均值形成二维特征向量,利用matlab自带的classify函数进行分类.结果与结论:通过对训练数据进行测试得到较为合适的参数,利用该参数对同等条件下的训练数据和测试数据分别进行判别,分类正确率分别达到87.857%和88.571%.     

经颅磁刺激对偏头痛患者皮质功能的评估作用

目的采用经颅磁刺激探讨偏头痛患者的运动诱发电位及枕皮质的兴奋性,以进一步明确偏头痛发病的可能机制。方法对新诊断的偏头痛患者作脑运动诱发电位(brainmotorevokedpotentials,MEP)和磁刺激枕皮质诱发视幻觉的阈值检测。结果共有59例患者参加了试验,男26例、女33例,典型偏头痛17例、普通型偏头痛42例。正常对照22例。发现典型偏头痛患者枕皮质刺激诱发视幻觉的阈值(51±6)%显著低于正常对照组(74±8)%,运动透发电位潜伏期典型偏头痛(17.3±3.0)ms比正常组(12.1±2.7)ms显著延长。结论提示典型偏头痛患者枕皮质神经元兴奋增强,潜伏期延长可能与偏头痛患者脑损伤机制有关。