基于共空间模式的运动想像信号特征提取方法研究文献综述
2020-08-11 22:41:38
目的:
直接用大脑思维活动的信号与外界进行通信,甚至实现对周围环境的控制,这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。脑机接口技术的目的就是使其成为现实。脑-计算机接口(BrainComputerInterface)是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统。通过这种系统,人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备,而不需要语言或动作。
现状:
目前绝大部分BCI研究处于实验室研究阶段,尚无大规模商业应用。脑机接口分为侵入式和非侵入式,由于侵入式脑机接口容易引起免疫反应和愈伤组织,同时会导致信号质量的衰退甚至消失,BCI的研究主要集中在非侵入式脑机接口。非侵入式脑机接口又以EGG-BCI为主,EGG-BCI中关于VEP,P300,MI的研究占主流。
视觉诱发电位(VEP)可分为稳态视觉诱发电位(SSVEP)和瞬态视觉诱发电位(TVEP)。稳态视觉诱发电位有较强的抗干扰能力,不易受到其它噪声干扰,由于得到的信噪比符合理想值,在脑机接口开发中稳态视觉诱发电位的开发非常广泛,其信息获得比率和正确识别比率都有一定的提升,而脑机接口研究中瞬态视觉诱发电位的开发则稍微少一些。清华大学研脑机接口研究小组是国内脑机接口领域做出贡献比较大的研究机构,该研究小组多次获得国际脑机接口比赛一等奖,在稳态视觉诱发电位方面的研究较为深入,在2002年还成功开发了基于稳态视觉诱发电位的实时电话拨号系统,提高了传输率和正确率。国外领先的研究机构有美国的Wright空军基地,Wright空军基地的研发小组应用稳态视觉诱发电位技术对飞行模拟器实现了控制。
P300电位是一种与事件相关的特殊电位事件相关电位,是内源性的具有认知功能的诱发电位,测试的过程主要监测受试者心理因素等指标。同脑诱发电位相比较,事件相关电位ERP所获得的诱发电位是被测对象需要主动参与得到的。浙江大学求是高等研究院在脑机接口方面开发了一套基于P300电位的中文输入系统,为使用汉语作为语言的瘫痪患者的人机交互开发了新的控制方式。美国纽约州立大学的研究者设计了一套可以实用的P300字符输入系统,使患者可以通过脑电来操作计算机。莱波萨门等利用P300电位实现了在熟悉的环境下利用脑电波来控制智能轮椅。该控制方法在一个熟悉的环境先制定相关路线,然后把规划好的标记位置以图标方式在电脑上显示,被测对象就可通过诱发相关事件的P300电位选择想要去的路线中的地某个地方,操作完成后,根据预先规划好的路径智能轮椅将自动到想要去的地方。
运动想象(MotorImagery MI),是指运动活动在内心反复地模拟、排练,而不伴有明显的身体活动。相关研究表明,运动想象所激发的大脑感觉运动皮层区域与实际进行肢体运动时所激发的大脑感觉运动皮层区域相同。最先研究基于运动想象的脑-机接口技术的是Pfurtscheller等人。浙江大学脑机接口研究小组注重运动想象类的脑机接口,通过二类运动想象对想象左右手运动产生的脑电信号进行开发。重庆大学研究小组通过二类运动想象以想象左手右手运动采集脑电信号,开发出了基于左右手运动想象的脑-机接口在线系统。德国柏林工业大学主要研究基于运动相关的脑机接口,如利用运动前准备的电位实现了脑电信号协助汽车的制动,他们还利用运动想象脑电信号实现了字符输入系统Hex-o-spell。奥地利格拉茨工业大学将运动想象的脑机接口技术用于残疾人康复,他们设计并实现的神经假体可以帮助残疾人完成伸、抓、握等基本动作,实现抓水杯喝水的过程
理论意义:
BCI技术的核心在于对大脑活动的神经电流信息的提取和识别,对于BCI的研究有助于了解大脑的运作方式,了解大脑传递何种信号来对身体进行特定的行为控制。这意味着大脑的思想变得可以解读,神经科学将得到重大突破,这将会让人类进一步揭开生命之谜。
现实意义: