論文開題報告：用于字符輸入的腦機接口系統(tǒng)設計

大學本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
學院：信息科學與工程學院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化

課題名稱 用于字符輸入的腦機接口系統(tǒng)設計

1、本課題的的研究目的和意義：
目的：
（1）設計實驗范式，采集和記錄腦電信號。
（2）設計基于VC++的腦電放大器接口程序，實現(xiàn)對放大器的參數(shù)設置、數(shù)據(jù)讀寫等功能。
意義：
(1) 醫(yī)療方面：為思維正常但有運動功能障礙的人提供一種對外界環(huán)境進行交流和控制的途徑。
如控制輪椅或計算機，從而提高殘疾患者的生活質(zhì)量。
(2) 為人們提供一種在特殊環(huán)境下控制外界設備的途徑。如幫助飛行員在高加速度下控制飛
機；還可以用來控制機器人在危險或不適宜人工操作的環(huán)境中工作。
（3）在研究控制的同時，對人類腦電活動規(guī)律不斷認知。





文獻綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）：
腦—機接口(Brain- computer interface, BCI) 是腦—計算
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妨礙了它們的廣泛應用。盡管存在這些阻礙，現(xiàn)在仍舊有一些學者在探索這些方法對腦機接口研究的價值。由于這些原因，幾乎所有的在人類中用于處理方面的腦機接口中已完成的應用都是用腦電圖和皮層腦電圖信號。但腦電圖信號也有其不足，空間分辨率較低，容易受外界干擾。皮層腦電圖信號由于需要植入電極，手術(shù)存在一定的風險性，不利于推廣。
大量的研究資料表明腦機接口的研究主要處在運動皮層領(lǐng)域。根據(jù)激勵方式的不同，可以分為三類，產(chǎn)生的腦信號差別如下。
基于想象運動的腦信號，當大多數(shù)人沒有實際運動出現(xiàn)，只是感覺過程，或是想象某種運動過程，這時候顯著的波動出現(xiàn)在EEG記錄的8-12 Hz頻帶內(nèi)的感覺運動區(qū)。這種波動通常叫做mu節(jié)律，是由丘腦皮層回路產(chǎn)生的。由于現(xiàn)代采集和處理方法的匱乏，在很多人中還不能檢測出mu節(jié)律，但是基于計算機的分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)mu節(jié)律在絕大多數(shù)人中是真實存在的。這一分析也證明了mu節(jié)律和18-25 Hz的beta節(jié)律是相聯(lián)系的。一些beta節(jié)律是和mu節(jié)律相一致的，而有一些beta節(jié)律和mu節(jié)律在拓撲或時間上是相分離的，因此，至少會出現(xiàn)獨立于EEG特征。
因為mu/beta節(jié)律的變化是和通常的運動/感覺功能相聯(lián)系的，對于BCI通信來說，可以作為很好的信號特征。在感覺運動 皮層，運動或是準備運動，尤其是運動的對側(cè)面，mu和beta活動都會伴隨著有典型的下降，但是不能是運動的某種特殊方面，比如運動的方向。另外，運動想象（即想象運動）也會使mu/beta節(jié)律產(chǎn)生變化。因為人們不通過實際運動也可以使這些節(jié)律產(chǎn)生變化，所以這些節(jié)律可以作為BCI的基礎。
小概率事件誘發(fā)電位，通過運動活動或運動想象來調(diào)節(jié)大腦反應，刺激電位對于BCI操作系統(tǒng)也是很有用的。例如，通過四十年的研究表明在偶爾的刺激后EEG會出現(xiàn)一個正回饋（即所謂的“P300”或叫做“oddball”電位），在刺激發(fā)生后300 ms頂骨皮質(zhì)之上發(fā)生的。P300電位的幅值在頂骨電極點是最大的，而在中間和前部電極記錄點是削弱的。
穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(Steady-state visual evoked potential，SSVEP)是通過一定的頻率刺激受試者的視覺系統(tǒng)，其中不同的模塊選擇不同的頻率進行刺激，操作者注視要選擇的按鈕，SSVEP中相應的頻率成分幅度增加，經(jīng)過檢測，得到與相應的頻率控制的模塊，來實現(xiàn)操作不同的設備。經(jīng)過訓練，操作者可以自覺控制SSVEP的幅度。
國內(nèi)外很注重開發(fā)基于視覺穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的腦機接口。2000年美國空軍研究室利用SSVEP做了關(guān)于腦機接口的研究。國內(nèi)清華大學從2003年到2004年，利用SSVEP實現(xiàn)了電話撥號系統(tǒng)，室內(nèi)環(huán)境的控制，還開發(fā)了幫助殘疾人利用SSVEP控制遙控器打開家用電器。接著又開發(fā)了用于患者恢復肢體運動系統(tǒng)的SSVEP腦機接口系統(tǒng)。
在研究了腦信號特征的基礎上，由于腦磁信號與腦電信號有很大的相關(guān)性，這些信號特征可以為研究腦磁信號提供參考，與此同時，腦磁信號的特征可以對腦電信號的研究起輔助性作用。


2、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：
內(nèi)容：
（1）利用腦電放大器自帶的C++應用編程接口，編寫腦電信號采集程序。
（2）設計實驗范式，編寫實驗參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)記錄等程序。并將腦電信號處理的結(jié)果反映在程序界面上。
成果形式：論文



4、擬解決的關(guān)鍵問題：
(1) 腦磁去噪
較好的濾波算法有助于腦電信號的特征提取。目前，常用的濾波方法可以分為兩大類，一是頻域濾波，即提取特定頻率的腦電信號來控制外部設備，如基于皮層慢電位的腦機接口系統(tǒng)；二是空域濾波，即對腦電信號進行通道的選擇，找出差別最大的兩個或多個通道，提取這些通道的特征。
(2) 特 ……（未完，全文共4003字，當前僅顯示2022字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報告：用于字符輸入的腦機接口系統(tǒng)設計》）