論文開題報告：用于字符輸入的腦機接口系統(tǒng)設(shè)計

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)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(shè)計

1、本課題的的研究目的和意義：
目的：
（1）設(shè)計實驗范式，采集和記錄腦電信號。
（2）設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用。盡管存在這些阻礙，現(xiàn)在仍舊有一些學(xué)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(yīng)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(fēng)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(chǔ)。
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(yīng)，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(yīng)的頻率成分幅度增加，經(jīng)過檢測，得到與相應(yīng)的頻率控制的模塊，來實現(xiàn)操作不同的設(shè)備。經(jīng)過訓(xùn)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(xué)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(fù)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(chǔ)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(yīng)用編程接口，編寫腦電信號采集程序。
（2）設(shè)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(shè)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(shè)計》）