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脑控:基于脑-机接口的人机融合控制 被引量:96
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作者 王行愚 金晶 +1 位作者 张宇 王蓓 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期208-221,共14页
近年来,一类被称之为脑控的新型控制系统发展迅速,这是一种基于脑-机接口(Brain-computer interface,BCI)的人机融合控制系统,也是一种基于人的意念和思维的控制系统.脑控系统已被成功应用于残疾人的生活辅助、中风病人和损伤肢体的康... 近年来,一类被称之为脑控的新型控制系统发展迅速,这是一种基于脑-机接口(Brain-computer interface,BCI)的人机融合控制系统,也是一种基于人的意念和思维的控制系统.脑控系统已被成功应用于残疾人的生活辅助、中风病人和损伤肢体的康复训练、操作员状态的实时监控、游戏娱乐和智能家居等广泛的领域.本文在简要介绍了脑控的研究背景、基本原理、系统结构和发展概况的基础上,着重对脑电信号(Electroencephalogram,EEG)模式、控制信号转换算法和应用系统研究等主要问题的研究现状,进行了较为详细的论述和分析,并探讨了进一步研究的方向和思路.最后对脑控的未来发展方向和应用前景进行了分析和展望. 展开更多
关键词 脑控 脑-机接口 人机融合控制 脑电信号
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浅谈脑—机接口的发展现状与挑战 被引量:70
2
作者 高上凯 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期801-803,809,共4页
脑—机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通道。文中简单叙述了脑—机接口的发展现状,并探讨了未来发展中面临的挑战。
关键词 脑—机接口 脑电 在线系统
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基于小波包变换和聚类分析的脑电信号识别方法 被引量:52
3
作者 徐宝国 宋爱国 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期25-28,共4页
为了实现脑-计算机接口(brain-computer interface,BCI)系统,对大脑C3,C4处采集的二路运动想象脑电信号的特征进行了提取和分类。在分析小波包频带划分特点的基础上,利用小波包能量进行特征提取并使用基于马氏距离的线性判别分析进行了... 为了实现脑-计算机接口(brain-computer interface,BCI)系统,对大脑C3,C4处采集的二路运动想象脑电信号的特征进行了提取和分类。在分析小波包频带划分特点的基础上,利用小波包能量进行特征提取并使用基于马氏距离的线性判别分析进行了左右手运动想象模式分类,结果表明该方法提取的特征向量较好的反映了运动想象脑电信号的事件相关去同步(eventrelated desynchronization,ERD)和事件相关同步(event-related synchronization,ERS)的变化时程。另外,该方法识别率高,适合脑-计算机接口的应用。 展开更多
关键词 脑-计算机接口 小波包变换 聚类分析
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基于小波包分解的意识脑电特征提取 被引量:36
4
作者 颜世玉 刘冲 +1 位作者 赵海滨 王宏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1748-1752,共5页
针对2种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口(brain-computer interface,BCI)设计,提出了基于小波包分解的特征提取方法。首先深入研究了小波包变换,结合事件相关去同步化(event-related desynchronization,ERD)/事件... 针对2种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口(brain-computer interface,BCI)设计,提出了基于小波包分解的特征提取方法。首先深入研究了小波包变换,结合事件相关去同步化(event-related desynchronization,ERD)/事件相关同步化(event-related synchronization,ERS)现象,提出以小波包分解系数来考虑特征,然后对C3、C4导联脑电信号进行小波包分解系数方差和相对能量2种特征的提取,最后采用最简线性分类器进行分类。结果表明,2种特征对应的最大分类正确率均达到了85%,对应时间分别为4.34 s和4.39 s。因此,在保证分类正确率的前提下,所提方法更加简单和有效,为大脑意识任务分类提供了新思路。 展开更多
关键词 脑电 脑-机接口 小波包变换 方差 相对能量
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脑-机接口:大脑对外信息交流的新途径 被引量:22
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作者 万柏坤 高扬 +1 位作者 赵丽 綦宏志 《国外医学(生物医学工程分册)》 2005年第1期4-9,共6页
基于脑电(EEG)的脑-机接口(BCI)是在人脑和计算机或其它电子设备之间建立不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的全新对外信息交流和控制技术,概述了基于EEG的BCI技术的科学意义与应用前景,并介绍了BCI主要研究方法和类型。
关键词 脑-机接口(bci) 脑电(EEG) 信息交流与控制
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基于虚拟现实环境的脑机接口技术研究进展 被引量:30
6
作者 孔丽文 薛召军 +4 位作者 陈龙 何峰 綦宏志 万柏坤 明东 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期317-327,共11页
将脑-机接口(brain-computer interface,BCI)技术与虚拟现实(virtual reality,VR)相结合构成基于虚拟现实的脑-机接口(BCI-VR)新技术是最近在多媒体和娱乐领域出现的一种BCI应用新模式。BCI-VR兼取两者优势互补,同时又相互促进创新,显... 将脑-机接口(brain-computer interface,BCI)技术与虚拟现实(virtual reality,VR)相结合构成基于虚拟现实的脑-机接口(BCI-VR)新技术是最近在多媒体和娱乐领域出现的一种BCI应用新模式。BCI-VR兼取两者优势互补,同时又相互促进创新,显示出广阔应用前景。本文从BCI-VR系统基本构成、BCI对VR控制和VR对BCI影响等方面,较详细介绍了近年来BCI-VR的主要研究方法、研究进展和成就,并根据作者体会小结了目前存在的难点与未来的可能发展动向,以与读者交流、共同促进BCI-VR新技术的快速发展。 展开更多
关键词 脑-机接口 虚拟现实环境 视觉刺激 反馈 想象动作 稳态视觉诱发电位 事件相关电位
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基于离散小波变换提取脑机接口中脑电特征 被引量:20
7
作者 杨帮华 颜国正 鄢波 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期518-522,共5页
在脑机接口中,针对脑电特征提取利用单一种类信息、使用数据量大、分类性能较差等缺点,提出一种新颖的基于离散小波变换的方法。分析了小波变换特征提取的特点和特征表示方式,用Daubechies类db4小波函数对脑电信号进行6层分解,抽取小波... 在脑机接口中,针对脑电特征提取利用单一种类信息、使用数据量大、分类性能较差等缺点,提出一种新颖的基于离散小波变换的方法。分析了小波变换特征提取的特点和特征表示方式,用Daubechies类db4小波函数对脑电信号进行6层分解,抽取小波变换各子带关键的部分逼近系数、小波系数、小波子带系数均值组成特征向量。以分类正确率为指标检验了提取特征的性能。实验结果表明,这种方法能够利用少量数据提取脑电信号本质特征,具有较高的分类性能,为利用脑电识别人的不同意图提供了快速而有效的手段。 展开更多
关键词 脑机接口 小波变换 脑电 特征提取
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脑机接口中基于小波包最优基的特征抽取 被引量:20
8
作者 杨帮华 颜国正 严荣国 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1879-1882,共4页
在脑机接口研究中,针对脑电特征抽取,提出一种基于小波包最优基分解的方法.依据距离准则,从小波包库中选择一个对分类最优的小波包基;在该小波包基包含的所有分解系数中,抽取部分具有最大可分性的系数作为有效特征;不同通道脑电信号有... 在脑机接口研究中,针对脑电特征抽取,提出一种基于小波包最优基分解的方法.依据距离准则,从小波包库中选择一个对分类最优的小波包基;在该小波包基包含的所有分解系数中,抽取部分具有最大可分性的系数作为有效特征;不同通道脑电信号有效特征的结合,构成分类的特征矢量.通过对该特征矢量可分性和识别精度两个性能指标的评估,并与现有分类结果进行比较,表明了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 脑机接口 小波包分解 脑电 特征抽取 最优基
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基于P300电位的新型BCI中文输入虚拟键盘系统 被引量:20
9
作者 吴边 苏煜 +4 位作者 张剑慧 李昕 张吉财 陈卫东 郑筱祥 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1733-1738,1745,共7页
近年来各种信号处理技术随着计算能力的提高取得了巨大进展,推动了人机交互(HCI)技术的发展.脑机接口(BCI)是一种特殊的人机交互通道,在最近几年引起广泛关注.P300电位是一种事件相关电位,利用诱发人类P300的原理,可以实现基于P300的BC... 近年来各种信号处理技术随着计算能力的提高取得了巨大进展,推动了人机交互(HCI)技术的发展.脑机接口(BCI)是一种特殊的人机交互通道,在最近几年引起广泛关注.P300电位是一种事件相关电位,利用诱发人类P300的原理,可以实现基于P300的BCI系统.此类系统以往常用于英文字母的输入,本研究首次设计并开发了一套进行汉字输入的在线P300-BCI系统.系统利用汉字基于笔画的特性简化了P300诱发界面,并据此设计了相应的汉字虚拟键盘.利用此系统进行的在线输入实验表明,此中文BCI的设计是可行的,对系统的进一步完善将可以为汉语系的瘫痪患者的机能恢复提供新的选项. 展开更多
关键词 脑机接口 P300 中文输入 虚拟键盘
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基于前额脑电多尺度小波对数能量熵的驾驶疲劳检测分析 被引量:20
10
作者 闵建亮 蔡铭 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期182-189,共8页
为研究脑机接口(BCI)在交通运输中的应用,减少因疲劳驾驶导致的交通安全事故,提出基于前额脑电(EEG)信号多尺度小波对数能量熵的驾驶疲劳检测方法。首先,设计驾驶仿真模拟试验,利用脑电帽采集26名被试清醒驾驶和疲劳驾驶的前额EEG信号,... 为研究脑机接口(BCI)在交通运输中的应用,减少因疲劳驾驶导致的交通安全事故,提出基于前额脑电(EEG)信号多尺度小波对数能量熵的驾驶疲劳检测方法。首先,设计驾驶仿真模拟试验,利用脑电帽采集26名被试清醒驾驶和疲劳驾驶的前额EEG信号,试验过程中,使用主观检测方法每隔20min对被试进行问询;其次,应用MATLAB对采集到的EEG数据进行预处理,基于2种驾驶状态形成被试初始样本数据集;进而,在该数据集基础上,利用多尺度熵的概念,提取EEG信号小波对数能量熵(WLE)特征,同时提取经典模糊熵(FE)特征进行比较分析;然后,运用极限学习机(ELM)对提取的特征数据集进行快速有效的精准分类,并使用留一交叉验证法进行验证评估;最后,对比经典FE分类表现,并结合多种性能指标对驾驶疲劳检测结果进行综合比较。研究结果表明:在本文试验条件下,基于多尺度WLE(MWLE)的前额EEG疲劳识别率显著高于基于多尺度FE(MFE)的识别率,其理论平均正确率达91.8%;基于多尺度熵的EEG信号特征提取方法能有效提高驾驶疲劳识别效果和算法效率;多种性能指标表明前额EEG的WLE可以作为衡量驾驶疲劳的有效生理指标;结果验证了采用基于ELM对MWLE的前额EEG信号进行驾驶疲劳检测方法的有效性和实用性,有助于促进可穿戴BCI在疲劳驾驶预警中的应用。 展开更多
关键词 交通工程 驾驶安全 多尺度熵 驾驶人疲劳 脑机接口(bci) 脑电(EEG)信号 极限学习机(ELM)
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基于脑机接口的智能康复系统的设计 被引量:18
11
作者 周鹏 曹红宝 +3 位作者 熊屹 葛家怡 张爽 王明时 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第26期1-4,共4页
为了辅助脊髓损伤所导致的瘫痪病人的运动功能重建,将脑机接口技术和功能性电刺激技术相结合,开发了一种可供瘫痪病人根据自己的运动意愿控制残肢运动的智能康复系统。该系统能够绕过患者体内受损的神经通路,直接将人的运动意图通过外... 为了辅助脊髓损伤所导致的瘫痪病人的运动功能重建,将脑机接口技术和功能性电刺激技术相结合,开发了一种可供瘫痪病人根据自己的运动意愿控制残肢运动的智能康复系统。该系统能够绕过患者体内受损的神经通路,直接将人的运动意图通过外部通路传达给功能性电刺激仪,刺激相应的神经肌肉,完成患者对残肢的直接控制。详细介绍了该系统的总体设计思路、脑机接口实验设计、特征提取与分类算法、功能性电刺激仪的设计等关键技术。初步实验表明,本康复系统能以95%以上正确率分析人的运动意图,控制功能性电刺激仪完成预定的刺激任务,恢复手部抓握动作,展现出巨大的实用价值。 展开更多
关键词 脑机接口 脑电 拉普拉斯电极 功能性电刺激 运动康复
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脑控主被动协同刺激下肢康复训练系统研究与开发 被引量:19
12
作者 李龙飞 曹飞帆 +2 位作者 张鑫 梁仍昊 徐光华 《西安交通大学学报(医学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期130-133,143,共5页
目的对脑控主被动协同刺激康复训练关键技术进行研究,探索解决脑卒中患者在康复训练过程中主动参与程度较低的问题。方法探索一种全新的脑控主被动协同刺激康复训练方法,集成了脑机接口、稳态运动视觉诱发电位、虚拟现实和下肢康复训练... 目的对脑控主被动协同刺激康复训练关键技术进行研究,探索解决脑卒中患者在康复训练过程中主动参与程度较低的问题。方法探索一种全新的脑控主被动协同刺激康复训练方法,集成了脑机接口、稳态运动视觉诱发电位、虚拟现实和下肢康复训练机器人等技术,通过视觉刺激效果和被动训练作用于患者中枢神经,形成信息传递的闭环回路,实现运动神经通道的协同刺激,并搭建了脑控主被动协同刺激的下肢康复训练系统。结果所有被试者都在本系统的辅助下顺利完成了实验,检测程序在信息传输率为6.82~16.11bits/min时,系统检测的准确度为76.7%~96.7%,系统识别被试者运动意图的平均时间为6.01s,平均识别率为82.8%。结论本系统通过脑控主被动协同训练,提高了患者的训练效率和积极主动性,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 脑机接口 稳态运动视觉诱发电位 虚拟现实 下肢康复训练机器人
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基于样本熵的运动想象分类研究 被引量:18
13
作者 周鹏 葛家怡 +2 位作者 曹红宝 张爽 王明时 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2008年第2期191-196,共6页
提出了基于脑电的样本熵特征进行运动想象分类的思想,分析了左右手运动想象时感觉运动皮层的脑电信号样本熵及其动态变化规律.结果表明,样本熵能够较好地反映左右手运动想象时脑电特征的变化,具有明确的生理意义.在此基础上,利用Fisher... 提出了基于脑电的样本熵特征进行运动想象分类的思想,分析了左右手运动想象时感觉运动皮层的脑电信号样本熵及其动态变化规律.结果表明,样本熵能够较好地反映左右手运动想象时脑电特征的变化,具有明确的生理意义.在此基础上,利用Fisher线性分类器对基于样本熵的左右手运动想象进行了动态分类,得到的平均最大分类正确率达到87.8%.最后,提出了一种样本熵的快速算法,其计算量小、速度快,满足BCI实时系统要求. 展开更多
关键词 脑电 脑机接口 运动想象 样本熵 事件相关去同步/事件相关同步 特征提取
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基于运动想象脑电的机器人连续控制系统研究 被引量:17
14
作者 徐宝国 何小杭 +2 位作者 魏智唯 宋爱国 赵国普 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期10-19,共10页
脑-机接口(BCI)旨在提供人脑和外部设备之间沟通的桥梁。目前,基于运动想象脑电信号的机器人控制系统主要是离散控制,而连续控制对于用户和环境的自然交流至关重要。基于此,设计了一种基于运动想象脑电的机器人二维连续控制系统,受试... 脑-机接口(BCI)旨在提供人脑和外部设备之间沟通的桥梁。目前,基于运动想象脑电信号的机器人控制系统主要是离散控制,而连续控制对于用户和环境的自然交流至关重要。基于此,设计了一种基于运动想象脑电的机器人二维连续控制系统,受试者进行运动想象时,发送给机器人的控制信号同时包含水平方向和垂直方向的控制信号,可以控制机器人在二维平面内运动。系统采用便携式脑电设备采集受试者运动想象时的脑电信号,经特征提取和转化后用来控制虚拟光标和机器人。实验中,首先通过一维和二维的虚拟光标控制任务来提高受试者控制机器人的能力;然后将光标控制和机械臂控制相结合,使得机械臂运动与光标移动同步;最终受试者通过运动想象脑电控制机械臂完成连续抓取任务。6名受试者在该系统上进行了多次实验,二维连续控制机械臂对4个目标的抓取成功率达到85%。 展开更多
关键词 脑机接口 运动想象 机器人控制
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一种新型的人机交互方式——脑机接口 被引量:8
15
作者 高楠 卓晴 王文渊 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2005年第18期1-3,共3页
首先介绍了BCI的基本含义和结构构成;从信号的提取、所用信号的类型、训练方法以及信号处理阶段的几种算法等方面对BCI的研究现状做了描述;然后介绍了其执行标准及几个实例;最后对BCI的应用及在未来的发展作了介绍和展望。
关键词 脑机接口 结构 信号提取 执行标准 应用
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一种基于SSVEP的仿人机器人异步脑机接口控制系统 被引量:16
16
作者 邓志东 李修全 +1 位作者 郑宽浩 姚文韬 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期129-135,共7页
设计了稳态视觉诱发电位(SSVEP)空闲状态检测的特征提取方法,建立了基于SSVEP的异步脑机接口二级分类器结构,开发了基于TI CC2430芯片的无线传感器网络模块,实现了机器人控制命令的远程传送,使该仿人机器人系统具有脑电控制、语音交互... 设计了稳态视觉诱发电位(SSVEP)空闲状态检测的特征提取方法,建立了基于SSVEP的异步脑机接口二级分类器结构,开发了基于TI CC2430芯片的无线传感器网络模块,实现了机器人控制命令的远程传送,使该仿人机器人系统具有脑电控制、语音交互、游戏手柄交互、机器视觉与避障等功能.通过SSVEP空闲状态检测实验验证了脑机接口系统异步控制的有效性. 展开更多
关键词 仿人机器人 稳态视觉诱发电位 脑机接口 无线传感器网络
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基于多特征卷积神经网路的运动想象脑电信号分析及意图识别 被引量:15
17
作者 何群 邵丹丹 +2 位作者 王煜文 张园园 谢平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期138-146,共9页
为了准确提取个体运动想象脑电信号的最优时段和频段特征以及有效提高其分类准确率,结合卷积神经网络和集成分类方法提出一种多特征卷积神经网络(MFCNN)算法,对运动想象脑电信号进行分类识别。首先对脑电信号进行预处理,然后将原始信号... 为了准确提取个体运动想象脑电信号的最优时段和频段特征以及有效提高其分类准确率,结合卷积神经网络和集成分类方法提出一种多特征卷积神经网络(MFCNN)算法,对运动想象脑电信号进行分类识别。首先对脑电信号进行预处理,然后将原始信号、能量特征、功率谱特征以及融合特征分别输入到卷积神经网络中得到其训练模型,最后通过加权投票的集成分类方法得到最终的分类结果。并利用2008年BCI竞赛Datasets 2b数据集和实测数据对所提出的方法进行实验分析。结果表明,所提的MFCNN方法可有效提高运动想象识别率,实验中所有受试者的平均分类正确率和平均Kappa值分别为78.6%和0.57,为运动想象类脑机接口的应用提供了新的思路和方法。 展开更多
关键词 脑机接口 卷积神经网络 集成分类 运动想象
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脑-机接口研究中想象动作电位的特征提取与分类算法 被引量:13
18
作者 程龙龙 明东 +3 位作者 刘双迟 朱誉环 周仲兴 万柏坤 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1772-1778,共7页
人在想象但未实施肢体或其他身体部位动作时,与该动作相关的大脑运动皮层区域会发生与该动作实施时相似的电生理响应,称为想象动作电位。想象动作电位的提取与分类是脑-机接口(BCI)技术的关键和难点。本文分别介绍了想象动作电位的时频... 人在想象但未实施肢体或其他身体部位动作时,与该动作相关的大脑运动皮层区域会发生与该动作实施时相似的电生理响应,称为想象动作电位。想象动作电位的提取与分类是脑-机接口(BCI)技术的关键和难点。本文分别介绍了想象动作电位的时频分析、复杂度分析、相位耦合测量、多通道线性描述符、多维统计分析等特征提取方法和线性判别分析、人工神经网络、支持向量机等分类算法,以供BCI系统设计与研究时参考。 展开更多
关键词 脑-机接VI 想象动作电位 特征提取 分类算法
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脑-机接口中基于ERS/ERD的自适应空间滤波算法 被引量:14
19
作者 吕俊 谢胜利 章晋龙 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期314-318,共5页
在与运动相关的脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)研究中,如果样本规模小,共同空间模式(Common Spatial Patterns,CSP)滤波算法对离群点(可能为噪声)敏感,鲁棒性不好。为此该文提出自适应空间滤波(Adaptive Spatial Filter,ASF)... 在与运动相关的脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)研究中,如果样本规模小,共同空间模式(Common Spatial Patterns,CSP)滤波算法对离群点(可能为噪声)敏感,鲁棒性不好。为此该文提出自适应空间滤波(Adaptive Spatial Filter,ASF)算法,抽取滤波后脑电信号的方差作为特征,并寻找最优滤波器使两类特征中心的比值最大。与CSP不同,ASF是迭代算法,具有软判决机制,能够依据历代更新后的滤波器,自适应地降低离群点对各类特征中心计算带来的影响。采用BCI competition 2003和2005中两套数据集进行实验,结果表明:尤其是在训练样本少的情况下,相对于CSP,ASF所提取的特征分类效果更好。 展开更多
关键词 脑-机接口(bci) 特征提取 共同空间模式(CSP)滤波法
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共空域模式方法在多类别分类中的应用 被引量:12
20
作者 刘广权 黄淦 朱向阳 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期935-938,共4页
近年来脑机接口(BCI)研究已经逐渐从两类的模式识别发展为多类的模式识别。在两类别的BCI中,共空域模式(CSP)算法已经被证明是十分有效的方法。本研究对CSP算法进行扩展,使其适用于多类别分类。采用"一对一(one-to-one)"的CS... 近年来脑机接口(BCI)研究已经逐渐从两类的模式识别发展为多类的模式识别。在两类别的BCI中,共空域模式(CSP)算法已经被证明是十分有效的方法。本研究对CSP算法进行扩展,使其适用于多类别分类。采用"一对一(one-to-one)"的CSP策略,对四类模式的脑电信号进行分类。该方法数据用于BCI竞赛2008的数据集IIa,获得第2名,证明了该策略对于多类别分类问题的有效性。 展开更多
关键词 脑机接口(bci) 脑电信号(EEG) 共空域模式(CSP) bci竞赛
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