基于腦電Alpha波的腦-機接口系統(tǒng)設計.pdf

1、腦-機接口(Brain-Computer Interface--BCI)是在人腦和計算機或其他電子設備之間建立的一種直接的信息交流和控制通道,是一種不依賴于常規(guī)大腦輸出通路(外周神經和肌肉組織)的全新的信息交流系統(tǒng).癱瘓病人所患的多種神經肌肉紊亂都會阻斷大腦與外界環(huán)境的信息交換及對其的控制通道,使患者喪失基本的運動功能和正常的交流能力,嚴重的已經不能借助傳統(tǒng)輔助裝置進行基本交流.BCI作為一種全新的信息交換和控制技術,將能為癱瘓病人,特

2、別是那些喪失了基本肢體運動功能但思維正常的患者,提供一種與外界進行信息交流和控制的新途徑,正受到越來越多的重視.該文根據90％腦神經功能正常的人在短時間閉眼后腦電(EEG)中alpha(α)波幅均可明顯增強這一普適特征,設計了一套簡便易行的基于腦電α波的腦一機接口系統(tǒng).該系統(tǒng)僅需在操作者頭后部放兩個腦電檢測電極,無需訓練就可以快速而可靠地控制外接機電裝置運行開關,還可以擴展為多選項實時控制系統(tǒng).作者首先搭建了閉眼alpha波控制系統(tǒng)(E

3、ye-Closure Based Activation System,ECBAS),引入開關抑制模塊和聲音反饋減少誤控制,實現了對單個開關的快速可靠控制,經10名操作者試驗,獲激活開關平均時間2.4秒、平均錯誤率3％的好成績,證實該系統(tǒng)可以簡便易行、快速可靠地控制外部機電設備的開關運行.在此基礎上,進一步開發(fā)設計了基于計算機LabVIEW平臺顯示的循環(huán)燈選擇系統(tǒng)(Recycling Lights Choice Menus System,

4、RLCMS),利用α波控制單個開關的功能,通過四燈循環(huán)作為指示菜單,實現了四個目標的α波控制選擇.為驗證系統(tǒng)的有效性,設計了四時程、每時程20次連續(xù)選擇(時間遞減)實驗.經5名操作者試驗,證實每個受試者均只需少數訓練時程即可達到10％或更低的錯誤率,說明系統(tǒng)無需繁復學習或生物反饋訓練的易操作性,以ECBAS為基礎的擴展功能可以實現由兩種狀態(tài)選擇控制到多個選項的選擇控制.最后,再以RLCMS為原型,設計了α波小車控制系統(tǒng)(Minicar